Durante la formación de la Tierra, la energía liberada por el choque de los planetesimales, y su posterior contracción
por efecto del incremento de la fuerza gravitatoria, provocó el calentamiento y
fusión de los materiales del joven planeta. Este proceso de acreción y diferenciación hizo que los
diferentes elementos químicos se reestructurasen en función de su densidad. El
resultado fue la desgasificación del magma
y la liberación de una enorme cantidad de elementos volátiles a las zonas más
externas del planteta, que originaron la protoatmósfera terrestre. Los
elementos más ligeros, como el hidrógeno molecular, escaparon de regreso al
espacio exterior. Sin embargo, otros gases más pesados fueron retenidos por la
atracción gravitatoria. Entre ellos se encontraba el vapor de agua. Cuando la
temperatura terrestre disminuyó lo suficiente, el vapor de agua que es un gas
menos volátil que el CO2 o el N2 comenzó a condensarse. De este modo, las
cuencas comenzaron a llenarse con un agua ácida y caliente (entre 30 °C y 60
°C).
Esta agua ácida era un eficaz disolvente que comenzó a arrancar iones solubles
de las rocas de la superficie, y poco a poco comenzó a aumentar su salinidad.
El volumen del agua liberada a la atmósfera por este proceso y que precipitó a
la superficie fue aproximadamente de 1,37 x 109 km³, si bien hay
científicos que sostienen que parte del agua del planeta proviene del choque de
cometas contra la prototierra en las fases finales del proceso de acreción.En este sentido hay cálculos que parecen indicar que si únicamente el 10% de
los cuerpos que chocaron contra la Tierra durante el proceso de acreción final
hubiesen sido cometas, toda el agua planetaria podría ser de origen cometario,
aunque estas ideas son especulativas y objeto de debate entre los especialistas.
Contrario a la creencia popular, el agua es un
elemento bastante común en nuestro sistema solar, es más, en el universo; principalmente en forma de hielo
y, poco menos, de vapor.
Constituye una gran parte del material que compone los cometas y recientemente se han encontrado importantes
yacimientos de hielo en la luna. Algunos satélites
como Europa y Encélado
poseen posiblemente agua líquida bajo su gruesa capa de hielo. Esto permite a
estas lunas tener una especie de tectónica de placas
donde el agua líquida cumple el rol del magma
en la tierra, mientras que el hielo sería el
equivalente a la corteza terrestre.
La mayoría del agua que existe en el universo
puede haber surgido como derivado de la formación de estrellas que posteriormente expulsaron el
vapor de agua al explotar. El
nacimiento de las estrellas suele causar un fuerte flujo de gases
y polvo cósmico.
Cuando este material colisiona con el gas de las zonas exteriores, las ondas de
choque producidas comprimen y calientan el gas. Se piensa que el agua es producida
en este gas cálido y denso.[20]
Se ha detectado agua en nubes interestelares dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Estas nubes interestelares
pueden condensarse eventualmente en forma de una nebulosa solar. Además, se piensa que el
agua puede ser abundante en otras galaxias, dado que sus componentes (hidrógeno y oxígeno) están entre los más comunes del
universo.[21]
La mejora en la utilización del agua tanto
en la agricultura de secano como en la de regadío será fundamental para
afrontar las situaciones previstas de escasez de agua. La mejora de la
utilización o de la productividad del agua se entiende frecuentemente en
términos de obtener la mayor cantidad de cultivos posible por volumen de agua:
"más cultivos por gota". Es posible que los agricultores prudentes
con respecto al dinero prefieran fijarse como objetivo el máximo de ingresos
por unidad de agua: "más dólares por gota", mientras que los
dirigentes de las comunidades y los responsables de las políticas podrán tratar
de conseguir el máximo empleo y los máximos ingresos en todo el sector
agrícola: "más puestos de trabajo por gota". Por consiguiente, en un
sentido amplio, el incremento de la productividad en la agricultura puede dar
lugar a mayores beneficios por cada unidad de agua tomada de los recursos
hídricos naturales. Sin embargo, los cambios que ello provocaría en la
utilización del agua en la agricultura exigen respuestas de los gobiernos para
asegurar la productividad y la utilización sostenible de los recursos de
tierras y aguas de los que depende la agricultura.
Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades
anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos:
-Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas
-Amortiguador térmico
-Transporte de sustancias
-Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos
Favorece la circulación y turgencia
Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo,
aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.
Ósmosis
1. ósmosis y presión osmótica
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por
una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto),
se produce el fenómeno de la ósmosis (también osmosis) que sería un tipo
de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente) a través de
la membrana semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a
la más concentrada (hipertónica), este trasiego continuará hasta que las
dos soluciones tengan la misma concentración ( isotónicas o isoosmóticas ).
El agua es
el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente
universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe
a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que
pueden presentar grupos polares o con carga iónica (alcoholes, azúcares con
grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas +
y - , lo que da lugar a disoluciones molecularesFig. 2.
También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se
disocian formando disoluciones iónicas.(Fig.1)
En el caso
de las disoluciones iónicas (fig. 1) los iones de las sales son atraídos por
los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas
de agua en forma de iones hidratados o solvatados.
La capacidad
disolvente es la responsable de dos funciones:
1. Medio
donde ocurren las reacciones del metabolismo
2. Sistemas
de transporte
2. Elevada
fuerza de cohesión
Los puentes
de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una
estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.
Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto
hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear
la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.
La energía
eólica se basa en a utilización del viento como energía primaria.
La fuerza del viento proviene de las diferencias de presión atmosféricas en
distintos lugares del planeta. Éstas son causadas por la variedad de
temperaturas ocasionadas por la energía solar. Por lo tanto la energía eólica
(llamada así por Eolo, dios griego del viento) también se relaciona con la
energía solar, pero se las considera separadas porque la tecnología necesaria
para captarlas es muy diferentes.
Este ha sido un recurso usado desde tiempos remotos en diferentes partes del
mundo y para diferentes propósitos.
La energía eólica tiene una amplia gama de aplicaciones, y su rol será, cada
vez, más importante. Estas aplicaciones van desde los pequeños generadores
para brindar suministro eléctrico a instalaciones de bajo consumo en sitios
donde no llega la red eléctrica comercial, hasta los grandes parques para
generación de electricidad a ser entregada a redes de distribución.
Aprovecha
el calor natural de la tierra. La energía contenida en el subsuelo es un
recurso parcialmemte renovable, y de alta disponibilidad.
La geoenergía proviene del calor transportado por agua subterránea confinada
cerca de la superficie terrestre.
Ventajas
Se
utiliza un recurso natural, no contaminante.
No
consume agua.
El
costo de la energía generada con la geotermia es igual o menor al de la
energía eléctrica.
Desventajas
Las
plantas generadoras deben instalarse sobre el yacimiento, lo que a veces
implica lejanía de los centros de consumo.
Explotación
actual y perspectivas futuras de los recursos renovables
Los
costos de instalación y generación eléctrica a partir de recursos
renovables han bajado considerablemente, a la vez que mejoras tecnológicas
permiten una mayor eficiencia en la generación energética. Sin embargo,
los bajos costos de los combustibles fósiles condicionan el crecimiento del
porcentaje de los recursos renovables en el consumo energético total.
No
obstante, tanto la preocupación por el Medio Ambiente, como razones de
disponibilidad han dado un gran impulso a la investigación y desarrollo de
proyectos de generación energética a partir de recursos renovables.
En
esencia, consiste en quemar desechos de materia órganica para generar calor y
posteriormente electricidad.
Los recursos biomásicos, definidos como cualquier materia orgánica (árboles,
pastos, cultivos agrícolas) se pueden convertir en formas útiles de energía
por medio de varios métodos modernos de conversión, incluyendo combustión
directa (método más común), gasificación y digestión anaeróbica.
La biomasa, entre las fuentes de energía renovables, se destaca por cuanto se
la puede encontrar o cultivar en prácticamente cualquier lugar, y ofrece energía
despachable en cantidades importantes.
Ambientalmente, las plantas eléctricas que operan con biomasa, no producen
lluvia ácida, ni generan gases de efecto invernadero.
Proviene
de capturar la energía directa del sol y convertirla en calor, con lo cual se
genera vapor de agua que hace mover una turbina para crear electricidad, o
directamente en electricidad a través de células fotovoltaicas. La gran
ventaja de este tipo de energía es que no produce polución, pero tiene en
contra que se necesitan grandes extensiones de tierra para instalaciones, como
también gran cantidad de luz solar.
Aspectos
ambientales
Los
sistemas fotovoltaicos (FV) son ambientalmente mucho más limpios que la mayoría
de las otras fuentes energéticas. Pueden generar electricidad sin emitir gases
invernaderos ni producir basura radioactiva. Enfrenta ciertas barreras debido a
los altos costos iniciales de capital para la construcción de sistemas FV.
Este tipo de energía es muy conveniente para poblaciones sin electrificación y
que requieren cantidades relativamente pequeñas de electricidad.
Se han anunciado muchos proyectos solares de gran escala. En EEUU se anunció
una iniciativa denominada "un millón de tejados solares" y el Libro
Blanco de Renovables de la Comisión Europea recomienda también un millón de
tejados solares a instalar entre los países de la Unión Europea y países en vía
de desarrollo.
Al
ser agitada por el viento el agua acumula energía potencial que se utiliza para
mover turbinas para generar electricidad. Esta forma es experimental por el
momento.
Por
mareas
Consiste
en aprovechar el movimiento que realiza el agua al producirse los cambios en las
mareas haciendo girar turbinas en sus entradas y salidas. Las desventajas de
este tipo de generación son: su alto costo y no se puede decidir en qué
momento se produce, pudiendo no coincidir con los periodos de mayor demanda eléctrica.
Además provoca ciertos transtornos ambientales como la muerte de algunas
especies marinas.
Por
energía oceánica
Aprovecha
el calor de las aguas tropicales para crear vapor de amoníaco o freón que
hierven a temperatura baja y así mover turbinas para generar electricidad. Este
vapor es luego enfriado por el agua fría del océano para que vuelva a su
estado líquido al reiniciar el ciclo.
Las desventajas de este sistema son el gran costo que implica y que aún se
halla en una fase experimental.
La
generación hidroeléctrica es la más eficiente forma de aprovechamiento energético,
ya que es un recurso que tiene muy bajo impacto ambiental.
Una central hidroeléctrica no contamina el medio con ningún tipo de
emanaciones, con lo que no contribuye a la lluvia ácida o
a provocar el Efecto
invernadero. Evita también todo otro tipo de residuos sólidos o líquidos, y
goza al presente de ciertas ventajas con respecto a otras formas de generación
que utilizan recursos renovables y no contaminantes, por ejemplo: no hallarse en
una fase meramente experimental y ser económicamente rentables, así como
contribuir al desarrollo de comunidades que se encuentran bajo su área de
influencia, permitiendo también que sean explotadas como áreas de turismo.
Desventajas
Con
relación a los problemas ambientales de las centrales hidroeléctricas
encontramos:
La
existencia de la presa, que ayuda a producir el salto necesario para la
generación y la creación del reservóreo o embalse, en los casos que
existe, sin duda divide al río en dos secciones. Esto ocasiona la posible
división de especies aguas arriba y debajo de la central. Se puede evitar
con el uso de "escalas de peces", especie de ascensores que
funcionan de manera de subir a los peces hacia aguas arriba en las épocas
de desove.
Estos
impactos son controlables, una vez que se conocen y se establecen normas para
controlar sus efectos.
Consiste
en aprovechar la fuerza de gravedad con que un flujo de agua corre en un cauce.
Es un recurso renovable ya que aprovecha el ciclo natural del agua.
Actualmente la hidroelectricidad es el recurso renovable más importante en la
generación de electricidad.
Las centrales hidroeléctricas capturan la energía liberada por las
precipitaciones de agua a una distancia vertical, y transforma esta energía en
electricidad.
La cantidad de energía que puede generar una central depende de dos factores:
la distancia vertical por la que cae el agua, llamada salto, y el caudal, medido
como volumen por unidad de tiempo.
Las centrales hidroeléctricas se clasifican en tres tipos:
1.De embalse
o montaña: son las más comunes y generalmente utilizan una represa para
almacenar agua, lo cual permite conservar el agua durante los periodos de
lluvias, para luego usarlos en periodos secos.
2.De llanura
o de pasada: utilizan saltos de muy pocos metros y no tienen embalse de tamaño
considerable. No pueden almacenar agua, por eso la generación varía en función
del caudal de los ríos, según la temporada. Se necesita una importante
cantidad de agua para producir generación de energía útil.
3.Centrales
hidroeléctricas de bombeo: son centrales hidroeléctricas con todas sus
características, pero que tienen tres elementos adicionales: turbinas,
generadores eléctricos y dos embalses (uno "aguas arriba"y otro "aguas abajo").
Consiste
en mover una turbina mediante un flujo de agua para la producción de
electricidad. Hay varias maneras en que puede utilizarse el agua para la
generación de energía:
El
ciclo del agua emite una gran cantidad de energía,
la cual procede de la que aporta la insolación.
La evaporación es debida al calentamiento solar y animada por la
circulación
atmosférica, que renueva las masas de aire y que es a su vez
debida a diferencias de temperatura igualmente dependientes de la
insolación. Los cambios de estado del agua requieren o disipan mucha
energía, por el elevado valor que toman el calor latente de fusión
y el calor latente de vaporización. Así, esos cambios de estado
contribuyen al calentamiento o enfriamiento de las masas de aire, y
al transporte neto de calor desde las latitudes tropicales
o templadas hacia las frías y polares, gracias al cual es más suave
en conjunto el clima. Si despreciamos las pérdidas y las ganancias
debidas al vulcanismo
y a la subducción,
el balance total es cero. Pero si nos fijamos en los océanos, se
comprueba que este balance es negativo; se evapora más de lo que
precipita en ellos. Y en los continentes hay un superávit; es decir
que se precipita más de lo que se evapora. Estos déficit y
superávit se compensan con las escorrentías, superficial y
subterránea, que vierten agua del continente al mar.
1ºLos principales procesos
implicados en el ciclo del agua son:1º Evaporaciòn:
El agua se evapora en la superficie oceánica, sobre la superficie
terrestre y también por los organismos, en el fenómeno de la transpiracion
en plantas y sudoraciòn en animales. Los
seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con un 10% al
agua que se incorpora a la atmósfera. En el mismo capítulo podemos
situar la subclimaciòn,
cuantitativamente muy poco importante, que ocurre en la superficie
helada de los glaciares o la banquisia.
2º Condensaciòn:
El agua en forma de vapor sube y se condensa formando las nubes,
constituidas por agua en pequeñas gotas.
3º Precipitacion:
Se produce cuando las gotas de agua que forman las nubes se enfrían
acelerándose la condensación y uniéndose las gotitas de agua para
formar gotas mayores que terminan por precipitarse a la superficie
terrestre en razón a su mayor peso. La precipitación puede ser
sólida (nieve o granizo) o líquida (lluvia).
4º Infiltracion:
Ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros
y pasa a ser subterránea. La proporción de agua que se infiltra y
la que circula en superficie (escorrentía) depende de la permeabilidad
del sustracion,
de la pendiente y de la cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por
evaporación o, más aún, por la transpiración de las plantas, que
la extraen con raíces más o menos extensas y profundas. Otra parte
se incorpora a los acuíferos, niveles que contienen agua estancada
o circulante. Parte del agua subterránea alcanza la superficie allí
donde los acuíferos, por las circunstancias topográficas,
intersecan (es decir, cortan) la superficie del terreno.
Cuando se formó, hace aproximadamente
cuatro mil quinientos millones de años, la Tierra ya tenía en su
interior vapor de agua. En un principio, era una enorme bola en
constante fusión con cientos de volcanes activos en su superficie.
El magma, cargado de gases con vapor de agua, emergió a la
superficie gracias a las constantes erupciones. Luego la Tierra se
enfrió, el vapor de agua se condensó y cayó nuevamente al suelo en
forma de lluvia.
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El ciclo hidrológico comienza con la
evaporación
del agua desde la superficie del océano. A medida que se eleva, el
aire humedecido se enfría y el vapor se transforma en agua: es la
condensación.
Las gotas se juntan y forman una nube. Luego, caen por su propio
peso: es la precipitación.
Si en la atmósfera hace mucho frío, el agua cae como nieve o
granizo. Si es más cálida, caerán gotas de lluvia.
Una parte del agua que llega a la tierra
será aprovechada por los seres vivos; otra escurrirá por el terreno
hasta llegar a un río, un lago o el océano. A este fenómeno se le
conoce como escorrentía.
Otro poco del agua se filtrará a través del suelo, formando capas
de agua subterránea. Este proceso es la percolación.
Más tarde o más temprano, toda esta agua volverá nuevamente a la
atmósfera, debido principalmente a la evaporación.
Al evaporarse, el agua deja atrás todos
los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales
minerales, químicos, desechos). Por eso el ciclo del agua nos
entrega un elemento puro. Pero hay otro proceso que también purifica
el agua, y es parte del ciclo: la transpiración de las plantas.
El agua existe en la Tierra en tres estados: sólido (hielo, nieve),
líquido y gas (vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante
cambio: el agua de la superficie se evapora, el agua de las nubes precipita, la
lluvia se filtra por la tierra, etc. Sin embargo, la cantidad total de agua en
el planeta no cambia. La circulación y conservación de agua en la Tierra se
llama ciclo hidrológico, o ciclo del agua.