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La Maravilla del Agua

Dr. Ernesto Contreras

El agua es maravillosa; y se nos han proporcionado vastas cantidades de ella porque seguramente las necesitamos. Se le ha llamado la matriz o fuente de la vida. Sin ella, no podría existir la vida en nuestro planeta. La gran mayoría de las funciones vitales se llevan a cabo en el agua líquida. Es la base de todas las funciones vitales químicas y físicas, de las que depende toda la vida en la Tierra. No es por casualidad que las criaturas vivas estén formadas principalmente por agua. La mayoría de los organismos están compuestos en más de un 50%, por agua. El 70% del peso corporal de un humano, está dado por el agua.

Los procesos de la vida no podrían llevarse a cabo apropiadamente en el agua sólida (hielo), ni menos, en el vapor de agua, porque es muy volátil. Para la vida, se necesita el agua en su estado líquido.

Sin embargo, el proceso por medio del cual el hielo se forma, es igual de fabuloso. El agua se expande con el calor y se contrae con el frío; pero si tal contracción continuara hasta el congelamiento, la vida no podría existir como ahora, en las lagunas, lagos, y océanos, por debajo de una capa de hielo congelado. Si el agua continuara contrayéndose constantemente, hasta el punto de convertirse en hielo, las partes profundas de los reservorios de agua, se congelarían primero, y una vez congelados, ninguna cantidad de calor recibida del sol sobre la superficie, sería capaz de tibiarlas (y derretirlas) de nuevo.

Pero en vez de que esto ocurra, un fabuloso fenómeno sucede: Al igual que otras sustancias, el agua se contrae a medida que se enfría; pero por debajo de los 40º C, ¡el agua, repentinamente, se empieza a expandir! Y continúa haciéndolo rápidamente, hasta que se congela sólo en su superficie. Es debido a ello que ¡el agua por debajo de esta capa superficial de hielo, jamás se congela! sino que permanece a 40º C.

Así, a medida que se acerca al punto de congelación, el agua más fría emerge hacia la superficie, en donde se congela en capa. Además, éste hielo expandido, flota sobre el agua que quedó por debajo en estado líquido, ¡porque es menos pesado que ella!

Esta singular cualidad o característica del agua, hace posible que en nuestro planeta siga existiendo el agua en estado líquido, pues de otra manera, cada vez que una capa de agua se congelara, está se precipitaría hacia el fondo, donde nunca más se calentaría y derretiría, y donde cada vez más agua congelada se acumularía, hasta que toda el agua de los lagos y los océanos, quedara congelada. Esto es demasiado maravilloso para ser producto de la casualidad.

Analicemos ahora, brevemente, once sorprendentes cualidades de esta maravillosa sustancia, el agua, que no pudieron aparecer por casualidad:

La expansión del hielo

Como ya se mencionó, el agua se contrae a medida que se enfría; pero justo antes de congelarse, empieza a expandirse de nuevo, hasta que se transforma en hielo. Y mientras se está congelando, se sigue expandiendo. Esta es una característica sorprendente y absolutamente singular del agua.

Calor latente

Cuanto el hielo se derrite o el agua se evapora, absorbe calor de los alrededores; y cuando lo opuesto sucede, se libera calor. Esto es conocido como el calor latente. En el rango de temperatura en que el agua se congela, la cantidad de calor latente del agua helada, es una de las mayores de todos los líquidos. (Sólo el amoniaco cuando se congela, tiene un calor latente mayor al del agua helada). Pero dentro del rango de la temperatura ambiente, el calor latente del agua al evaporarse, es el más alto de cualquiera de los fluidos conocidos. Sin estas propiedades, el clima estaría sujeto a cambios de temperatura mucho más rápidos; los pequeños lagos y ríos se desvanecerían y reaparecerían constantemente; y a los animales de sangre caliente, les costaría mucho más trabajo eliminar el calor excesivo de sus cuerpos.

En el verano, el calor es uno de los principales factores que en grandes cantidades, necesita ser eliminado del cuerpo. A temperatura normal, muy poco calor se puede eliminar del cuerpo por conducción o radiación; por lo que el enfriamiento por evaporación, es el único medio efectivo por el que esto se logra. No hay ninguna otra cosa que iguale esta cualidad del agua, y nada que pueda ser tan eficiente. El efecto refrescante de la evaporación sobre la piel, se incrementa cuando la utilidad de esta propiedad es más necesaria.

Este efecto refrescante de la evaporación, es el que regula efectivamente la temperatura de los seres vivos; también funciona poderosamente, regulando y moderando la temperatura de la Tierra; y ayuda importantemente, en el ciclo meteorológico. Ninguna otra sustancia se puede comparar con el agua, en cuanto a estas cualidades se refiere.

Calor específico

Esta es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un líquido en 1º C. Interesantemente, el calor específico del agua, es mayor que el de la mayoría de los demás líquidos, y esto es lo que le permite al agua, retener calor. Este es otro de los varios factores cruciales que la hacen tan valiosa. Sin este atributo específico del agua, las diferencias entre el invierno y el verano, serían mucho más extremas, y los patrones del clima, serían mucho menos estables. Las principales corrientes del mar (como la corriente del Golfo, que actualmente transfiere considerables cantidades de calor desde los trópicos hasta los polos), serían mucho menos capaces de moderar las diferencias de temperatura entre las latitudes altas y bajas; y nuestros cuerpos no podrían tan fácilmente, mantener una temperatura estable.

Conductividad térmica del agua

Esta es la capacidad de conducir (transferir) el calor. Esta cualidad es cuatro veces mayor en el agua que en cualquiera de los líquidos comunes. Sin este atributo, sería mucho más difícil para las células (que no pueden usar la convección: las corrientes del aire para lograrlo), distribuir uniformemente el calor en su interior, lo cual es indispensable para que funcionen adecuadamente.

La conductividad térmica de la nieve y el hielo

El agua, en su estado de nieve y hielo, no conduce muy bien el calor. Sin esta característica, el aislamiento protector que ejercen la nieve y el hielo, y que es esencial para la supervivencia de muchas de las formas de vida de las más altas latitudes, se perdería. Esto es lo que protege de congelarse, a los seres vivos que viven en o debajo de la nieve, en el agua helada, o por debajo de su capa de hielo. Además, el agua se enfriaría mucho más rápido, con lo que los lagos pequeños tendrían más posibilidades de congelarse completamente, haciendo imposible ahí, la vida acuática.

La conservación de los grandes conglomerados de agua líquida en los océanos, permite la estabilidad de la temperatura alrededor del mundo, factor que por sí sólo, asegura un clima estable, del que depende la existencia de las plantas y animales más grandes. Estas cualidades o características son pues, vitales, debido a que el agua líquida es esencial para todas las formas de vida en la Tierra.

Tensión superficial

El agua tiene muy alta tensión superficial. Gracias a ello, el agua es capaz de arrastrarse por la tierra, hasta llegar a estar al alcance de las raíces de las plantas; y además, ya estando dentro de las plantas, facilita su desplazamiento desde las raíces hasta las ramas, aún las de los árboles más altos. Si la tensión superficial del agua fuera como la de los otros líquidos, las plantas grandes, incluyendo todas las muy altas, no podrían existir. Esta característica del agua, también permite que otros líquidos como los muy importantes lípidos (grasas), puedan entrar o salir de la célula a través de la membrana celular, sin grandes dificultades.

Es también esta característica la que permite que el agua pase a través de las angostas fracturas y fisuras de las rocas, asistiendo en el proceso de desgaste y arrastre de las partículas y sustancias químicas que a partir de las rocas, forman suelo nuevo y adicional. Esta notablemente alta tensión superficial, se encuentra también en el Selenio líquido, sustancia rara, que sólo se licua a muy altas temperaturas.

La capacidad disolvente del agua

El agua es un excelente medio para disolver sustancias químicas. La vida no sería posible si no hubiera un fluido universal que hiciera esto. En los siglos pasados, los químicos buscaron lo que ellos llamaban el “alcahest,” un líquido que fuera capaz de disolver cualquier tipo de sustancia química; y fue en el agua en donde encontraron un líquido que podía hacerlo mejor que ningún otro. Casi todas las sustancias químicas conocidas se pueden disolver en agua, en grado máximo, aunque aún detectable. Sin este atributo, varios minerales muy importantes, no podrían ser distribuidos adecuadamente en los ríos, lagos y océanos. Sin esta grande capacidad disolvente, los desechos no podrían ser transportados y eliminados a través del agua. Más de 200 diferentes compuestos de desecho, se han detectado disueltos en la orina.

La reactividad del agua

Debido a que es un disolvente universal, el agua es una sustancia extremadamente reactiva. Cataliza a casi todas las sustancias conocidas, y sin embargo, tiene la cualidad de ser menos reactiva que, por ejemplo, algunos ácidos y álcalis bien conocidos. Estos, aunque disuelven sustancias en segundos, durante el proceso se unen químicamente al soluto, transformándose en otras sustancias, y por lo tanto, agotándose a sí mismos y consumiendo a los solutos. El agua está idealmente estructurada para disolver muchas sustancias, pero sin interferir con sus funciones. Y es que al funcionar como catalizador, frecuentemente no toma parte transformándose químicamente.

Debemos aquí mencionar que una de las aparentes debilidades del agua, resulta ser una de sus más valiosos atributos. Los lípidos (incluyendo a los ácidos grasos), son virtualmente insolubles en agua; pero se descubrió que así es como conviene que sea, para que los procesos vitales se puedan llevar a cabo. Otra cosa es que, aunque muchas reacciones de síntesis en la célula se deben de llevar a cabo en ausencia del agua, la insolubilidad de los hidratos de Carbono, hace posible que esto suceda, ya que el agua, dentro de la célula, es mantenida en compartimientos a prueba de fugas (“cápsulas” de hidratos de carbono), que impiden que el agua inunde la célula. (Una excepción son las células cancerosas que se inundan de agua porque les entra cloro. Una dieta baja en sal, cloruro de sodio, es uno entre muchos de los factores que le ayudan al cuerpo a evitar tal complicación).

La viscosidad del agua

Una sustancia viscosa, es la que es espesa, como la miel. Esto es lo que le permite a tal líquido, resistirse al libre flujo. Ejemplos de sustancias altamente viscosas, son: La brea, el glicerol, y el aceite de oliva. Pero en contraste, el agua tiene una viscosidad muy baja; más baja que la de casi todos los demás fluidos. Como regla, sólo los gases (como el Hidrógeno) tienen viscosidades significativamente menores que el agua.

Y es que si la viscosidad del agua fuera mucho menor, muchas delicadas estructuras podrían ser dañadas, y otras microscópicas, no podrían sobrevivir. Por otro lado, si fuera mucho mayor, los peces y los microorganismos, no podrían nadar o desplazarse en el agua; la división celular sería imposible, y todas las funciones vitales de los seres vivos, se inmovilizarían.

La velocidad de difusión del agua

Gracias a su baja viscosidad, el agua permite la libre movilidad de las moléculas dentro de la célula, y su fácil salida a través de la membrana, sin la necesidad de  utilizar una fuerza (o energía) externa. También la baja viscosidad del agua, ayuda a que dichas moléculas libremente, se puedan mezclar con otras sustancias dentro de la célula, o que una vez liberadas de la célula, puedan ser absorbidas por otras células o microorganismos. En resumen, si el agua no tuviera esta cualidad, la vida no podría existir en nuestro mundo.

La velocidad de difusión en el agua, en distancias cortas, es muy rápida. Un ejemplo es el del Oxígeno que en una centésima de segundo, logra difundirse a lo largo de toda una célula promedio. Esta habilidad de difusión del agua, hace posible que por simple difusión (sin la necesidad de tener un sistema circulatorio), los pequeños microorganismos obtengan sus nutrientes y liberen sus desechos.

Sin embargo, la difusión de las moléculas en cualquier líquido, a distancias mayores, es muy lenta. Esa es la razón por la que las criaturas grandes, necesitan de un sistema circulatorio, que sabiamente (y no por accidente o casualidad), les ha sido proporcionado.

En los mamíferos, miles de millones de capilares (minúsculos vasos sanguíneos) cuidadosamente diseñados, y sabiamente colocados, se distribuyen por todos los tejidos del organismo, con el fin de transportar todos los nutrientes necesarios, hasta las más distantes células.

Por ser tan ineficiente la difusión espontánea a grandes distancias, en los mamíferos, ninguna célula activa que esté a más de 50 micrones de distancia de un capilar, podrá sobrevivir. Hay tantos capilares en el cuerpo, que 15% de su estructura, está formada por ellos; y son tan pequeñitos, que diez mil de estos tubitos, agrupados paralelamente, pueden caber en un cilindro del tamaño del que deja la mina de carbón de un lápiz, al ser retirada. La viscosidad del líquido bombeado dentro de estos extremadamente delgados capilares, debe ser necesariamente muy baja, pues de otra manera no podría fluir a través de ellos.

La pared de estos pequeñísimos tubitos es tan delgada, que está formada por una capa de una sola célula. Este providencial “accidente,” es lo que permite que los nutrientes fácilmente se difundan hacia afuera de los capilares, y que los desechos, fácilmente se difundan hacia adentro.

La densidad del agua

Con la excepción de los lípidos y las grasas, muchos de los compuestos orgánicos que forman parte de la célula, tienen una densidad muy similar a la del agua. La densidad es lo que determina el peso. Muchos de los minerales conocidos, son mucho más densos que el agua. (Dos de los más pesados, son el mercurio y el oro). Si el agua fuera más densa, ningún ser vivo podría ser muy grande, dado que sería inmensamente pesado, y requeriría para movilizarse, de músculos extraordinariamente más grandes. Pero también, un agua menos densa, ocasionaría otros serios problemas.

En resumen

Cada una de las características o cualidades físicas y químicas conocidas del agua, está singular e idealmente adaptada para que el agua sirva como el fluido indispensable para toda la vida en la Tierra; y no sólo en una, sino en múltiples maneras. Sólo hemos analizado algunas de estas propiedades aquí, mientras consideramos una pequeña parte de la larga cadena de factores cruciales que, cada uno en particular, tuvieron que ser previamente planeados. Pero no cabe duda que en el agua, podemos contemplar un milagro.

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