Ciclo del agua
El ciclo del agua o ciclo hidrológico describe los sistemas complejos que permiten que el agua se mueva a través de la Tierra y la atmósfera. El paso más básico del ciclo del agua es el cambio de estado del agua como líquido, gas o sólido en la atmósfera. Sin embargo, el ciclo del agua también incluye varios métodos de transporte de agua y tipos de agua, como la absorción de las plantas, la transpiración, el agua subterránea, la precipitación y la percolación.
Pasos del ciclo del agua
Los pasos del ciclo del agua son cada vez menos predecibles a medida que el calentamiento global cambia los niveles y la distribución del agua en todo el mundo. Esta subcategoría del ciclo biogeoquímico tampoco debe discutirse como un número secuenciado de eventos, ya que los diferentes modos de captación, transporte y retorno de agua ocurren simultáneamente y a diferentes velocidades según las variaciones en los ecosistemas globales o locales. Una región montañosa experimentará significativamente más sublimación y escorrentía, por ejemplo, en comparación con llanuras abiertas y planas. De hecho, cuando se habla de los pasos del ciclo del agua, es más fácil observar el movimiento del agua por separado: subir y bajar.
El agua sube
Los pasos del ciclo del agua en la atmósfera son fáciles de ver dondequiera que se vea una nube. Una nube es el resultado de la condensación de agua que se agrega a la atmósfera por medio de la evaporación, sublimación y transpiración del agua. El agua puede moverse a través de la troposfera mediante otro paso del ciclo del agua: el transporte de agua. El agua puede regresar a la corteza terrestre a través de la precipitación y deposición del agua.
El ciclo del agua atmosférica tiene lugar en la capa más baja de nuestra atmósfera o la troposfera. La troposfera se extiende desde la superficie de la Tierra y alcanza alturas de 4 millas en los dos polos y hasta 12 millas en el ecuador. La capa superior, la estratosfera, contiene muy poco vapor de agua.
El vapor de agua en la atmósfera es extremadamente importante ya que estas gotitas pueden absorber la energía solar así como el calor que irradia la Tierra (radiación térmica). Es el vapor de agua que regula los climas locales y la temperatura del aire. Las variaciones de temperatura, a su vez, provocan corrientes de aire conocidas como corrientes de convección que ayudan a crear los patrones de viento tan a menudo típicos de una determinada región, como las tormentas monzónicas o los céfiros del desierto.
Como ya se mencionó, el ciclo básico del agua describe el intercambio y movimiento de agua entre la tierra y su troposfera. El poderoso calor del sol evapora grandes cantidades de agua de la superficie de la Tierra, y esta humedad atmosférica es transportada a otras regiones por el viento.
A medida que el aire dentro de la troposfera se calienta y se eleva, las moléculas de agua responden a la energía térmica y se alejan, expandiendo el espacio en el que existen. Esto conduce a una pérdida de energía térmica y enfriamiento, donde el vapor de agua se condensa y forma nubes. A medida que este vapor se condensa más, forma gotas de agua que luego se vuelven más pesadas y caen a la tierra en forma líquida o sólida (lluvia, granizo, aguanieve y nieve), dependiendo de la temperatura ambiente.
La troposfera gana moléculas de agua a través de cuatro mecanismos. Estos son evaporación, sublimación, transpiración y transporte.
La evaporación como parte del ciclo del agua describe el cambio de agua de líquido a gas. Nuestros océanos, mares, lagos y ríos proporcionan aproximadamente el 90 por ciento del vapor de agua de la troposfera a través de la evaporación. El vapor de agua es un gas. Cuando el sol calienta la superficie del agua, ya sea en el océano o en un charco en el suelo, las moléculas de agua reciben la energía para moverse cada vez más rápido, separándose y entrando en el aire como el equivalente al vapor. Cuanto más caliente sea la fuente de calor, más se evaporará el agua. Una cacerola llena de agua creará grandes cantidades de vapor o vapor de agua.
La sublimación es la formación de vapor de agua directamente a partir de agua sólida o hielo. Es más probable que la sublimación se produzca en altitudes elevadas, como las cimas de montañas nevadas, donde el calor del sol apenas se obstruye. Un centímetro cúbico o gramo de hielo necesitará 80 calorías de energía para derretirse, 100 calorías para hervir y otras 540 calorías para vaporizar. La sublimación requiere este total de 720 calorías de energía térmica, pero se salta la fase líquida, donde el hielo se convierte inmediatamente en vapor de agua. Sin embargo, en condiciones de alta humedad, es más probable que también haya una forma líquida intermedia de agua. En los Estados Unidos, se ha calculado que la energía solar proporciona un área promedio de tierra con aproximadamente 500 calorías por pie cuadrado.por día. Este aumento en las regiones montañosas y la investigación actual sobre energías renovables está considerando granjas solares en la cima de la montaña para una mayor producción de energía. Esto muestra que la sublimación proporciona una gran cantidad de vapor de agua de la atmósfera, aunque en cantidades significativamente más bajas que la evaporación, alrededor del 1%.
La transpiración es la conversión de agua por las plantas en vapor de agua. En condiciones ideales, las plantas solo utilizan alrededor del 5% del agua que absorben a través de sus sistemas radiculares. Uno solo tiene que ver imágenes de la niebla sobre una selva tropical para comprender esta contribución a los niveles de vapor de agua en la troposfera. Bajo los rayos del sol, el agua escapa a través de los poros de las hojas en forma de gas. La combinación de evaporación y transpiración se llama evapotranspiración. Si bien la transpiración es probablemente responsable del 10% del contenido de agua de la troposfera, la evapotranspiración combinada proporciona aproximadamente el 99%.
El transporte no proporciona vapor de agua a la troposfera, pero describe el movimiento del agua a través del viento o las corrientes en chorro: fuertes corrientes de viento en la parte superior de la troposfera o en la tropopausa, un nivel de aire entre la troposfera y la estratosfera. Podemos ver los efectos del transporte al observar las nubes moverse por el cielo. Además, los vientos eliminan el vapor de agua del aire sobre las fuentes de agua. Esto reduce los niveles de saturación (o humedad) del aire y permite que entre más vapor de agua a la atmósfera.
El agua baja
Los pasos del ciclo del agua en la corteza terrestre dependen en gran medida del tipo de ecosistema. Estos pasos son condensación de agua, precipitación y deposición.
El agua no cae a la tierra en forma de vapor de agua. A medida que aumenta el vapor de agua, pierde energía térmica a través del movimiento continuo. Además, las formas gaseosas de agua experimentan menos presión a medida que aumentan. Donde hay menos presión, el aire no puede retener tanta agua como cuando las presiones son altas. Además, otras sustancias en el aire como el polen, los contaminantes y el polvo proporcionan una superficie en la que el vapor de agua puede asentarse y condensarse.
La condensación es lo opuesto a la evaporación y todos hemos visto el efecto de la condensación en las ventanas y los espejos del baño. A medida que el vapor de agua caliente golpea una superficie más fría, los niveles de energía caen drásticamente. Las moléculas de agua ya no se mueven a velocidades rápidas y se depositan como gotas de agua. Esto también ocurre en la atmósfera en presencia de núcleos de condensación, pequeñas partículas sobre las que puede depositarse el vapor de agua.
Las nubes son el resultado del vapor de agua condensado. Con el tiempo, se saturan y ya no pueden contener gotas de agua líquida. Esto conduce a la precipitación.
La lluvia es el ejemplo más común de precipitación del ciclo del agua. Otras formas son granizo, aguanieve y nieve.
La deposición es lo opuesto a la sublimación. En los casos de deposición, el vapor de agua se convierte instantáneamente de estado gaseoso a estado sólido (hielo) sin la fase líquida intermedia. A diferencia de la sublimación, el proceso de deposición libera energía. La deposición se puede ver en las nevadas y en la formación de heladas.
Intermediario
Los pasos intermedios del ciclo del agua proporcionan un puente entre el agua que aterriza en la superficie de la Tierra y el vapor de agua que se eleva hacia la troposfera.
La infiltración es la absorción de agua por el suelo y la roca del nivel superior de la corteza terrestre y depende en gran medida de factores ambientales como la profundidad del suelo o la roca, los niveles de vegetación, los niveles de saturación y la porosidad. La percolación describe el flujo de esta agua infiltrada a través del suelo o la roca bajo la fuerza de la gravedad. Eventualmente, el agua filtrada alcanzará una capa impenetrable de roca no porosa.
El agua se deposita aquí en acuíferos. Puede hacer su propio modelo a escala de un acuífero cavando un pozo profundo en la arena cuando esté en la playa. Los charcos o depósitos de agua que se forman sobre la roca no porosa se denominan acuíferos, pero el agua que contienen se conoce como agua subterránea. El agua subterránea es otra fase nombrada del ciclo del agua y no describe un paso sino el resultado de la precipitación, la infiltración y la percolación.
La absorción de las plantas es otra forma en que se puede absorber el agua proporcionada a la corteza terrestre a través de la precipitación y la infiltración. Los sistemas de raíces de las plantas absorben agua, la utilizan como fuente de nutrientes y descargan vapor de agua a través de los poros de las hojas en la fase de transpiración descrita anteriormente.
Donde el suelo está saturado y no puede hacer frente a altos niveles de precipitación, tiene lugar otra parte del ciclo del agua. Esta es la escorrentía de agua. La escorrentía de agua se está convirtiendo en un problema global debido a los efectos del calentamiento global. La gravedad es un factor extremadamente importante cuando las gotas de agua caen de las nubes. Como todo el mundo debería saber, el agua se mueve cuesta abajo. Cuando la precipitación es alta y la tierra sobre la que cae tiene una porosidad limitada o ya está saturada de agua, el agua comienza a fluir hacia abajo. La escorrentía también puede ser el resultado del derretimiento de la nieve.
pLa escorrentía es la combinación de escorrentía superficial, interflujo y flujo base. La escorrentía superficial se presenta en forma de saturación, exceso de flujo terrestre donde el suelo ya está húmedo y no puede absorber más agua, y flujo terrestre o la escorrentía de nuestros techos, aceras y carreteras. A medida que aumentamos las infraestructuras no porosas, reducimos simultáneamente la capacidad del globo para absorber la precipitación. La escorrentía de tormentas también ocurre durante las fuertes lluvias.
Interflujo, pero involucra agua que ya se ha filtrado a niveles más bajos del suelo. Con la próxima lluvia fuerte, este suelo o roca ya saturado no tiene tiempo para llegar al acuífero y el agua se eleva hacia el subsuelo del suelo y empuja hacia arriba para producir una mayor escorrentía superficial.
El flujo base o flujo de buen tiempo describe cómo los cuerpos de agua en movimiento, como arroyos y ríos; absorben agua infiltrada durante un período de tiempo más largo, entre precipitaciones (de ahí el «flujo de buen tiempo»). Esta es una respuesta tardía, pero también contribuye a la escorrentía como un cuerpo de agua ya presente que puede aumentar drásticamente de tamaño en los días posteriores a los eventos de precipitación.
Hechos del ciclo del agua
- nuestros océanos contienen el 96,5% del agua de la tierra. Esto significa que una sola molécula de agua podría no tener la oportunidad de moverse del océano a la troposfera durante decenas de miles de años.
- Aproximadamente 45 pulgadas de agua se evaporan de la superficie del Océano Mundial cada año; con una superficie total de 139,4 millones de millas cuadradas, eso es mucho vapor de agua.
- La troposfera contiene el 99% del vapor de agua de nuestra atmósfera.
- La temperatura en la troposfera puede ser tan baja como -115 ° F.
- Hay más de mil veces más agua bajo tierra que en todos los ríos, arroyos y lagos de nuestra Tierra.
- Aunque el agua cubre el 75% de la superficie de la Tierra, el agua representa solo el 0,05% de su masa total.
- El europeo promedio de hoy en día usa 50 galones de agua dulce por día. El europeo medieval promedio usaba menos de 5 galones por día.
- Para cultivar un solo tomate cultivado, necesita 2,5 galones de agua. Para cultivar un solo grano de arroz, solo un grano, necesita 0.05 galones de agua. Si una porción de arroz tiene aproximadamente 3500 granos, eso es 175 galones por comida. Sin embargo, una barra de pan producido en fábrica ha utilizado alrededor de 570 galones de agua de la Tierra antes de llegar al estante del supermercado.
- Una pequeña tormenta de treinta minutos puede producir alrededor de 2000 toneladas de lluvia.
- 21 de 37 de los principales acuíferos del mundo están retrocediendo debido al aumento de la población y las demandas industriales y agrícolas. Esto significa que necesitamos encontrar fuentes alternativas de agua dulce. En Israel, el 86% de las aguas residuales se recicla. El siguiente mejor desempeño mundial es España: este segundo lugar logra reciclar solo el 19% de sus aguas residuales.
