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.

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.

Infografía tomada de Pictoline

 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 cirrosestán aislados, tienen aspecto plumoso y en hebras, a menudo con ganchos o penachos y se disponen en bandas.
  2. Los cirroestratosaparecen 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 cirrocúmulosforman 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 estratocúmulosson 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 nimboestratosson 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.

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