Ciclo del agua

El ciclo del agua o ciclo hidrológico es una serie de procesos donde el agua cambia constantemente de estado, distribuyéndose por la atmósfera y superficie terrestre. Este es un proceso que se lleva dando de forma sostenida durante billones de años, y en parte, es responsable de que la tierra sea un lugar habitable.

Durante el ciclo, el agua de la superficie terrestre se evapora y luego se distribuye por la atmósfera volviendo a la superficie al precipitar como lluvia o nieve. Una vez de vuelta en la superficie, este puede quedar como agua superficial o drenarse, y en zonas polares, puede además quedar en la superficie como nieve o hielo.

Distribución de agua en el planeta

El agua en la tierra puede, primeramente, clasificarse en atmosférica (vapor de agua y partículas de agua suspendidas), superficial (ríos, océanos, mares, etc.) o subterránea (acuíferos, aguas freáticas). Del total, se estima que aproximadamente un 97.5% es agua salada distribuida entre aguas oceánicas y marítimas. Solo el 2.5% del total de agua en la tierra es dulce.

De este 2.5%, alrededor del 69.5% se encuentra en forma de nieve o hielo en zonas polares, otro 30.1% en acuíferos y el 0.4% restante es en parte agua superficial y atmosférica. Aquí, 67.4% de las aguas superficiales son lagos, 1.6% ríos, 8.5% humedales, 12.2% lo compone la humedad del suelo, 0.8% se encuentra en seres vivos y un 9.5% en la composición de la atmósfera.

Durante las transformaciones físicas que sufre el agua durante el ciclo hidrológico, el agua va pasando de una de estas categorías a otras: del acuífero a la superficie y de la superficie a la atmósfera, para luego precipitar. Lo más resaltante aquí es que por más de que el agua esté siempre en movimiento, las proporciones en la que están distribuidas en la tierra tienden a mantenerse constantes en el tiempo.

Fundamentación física

El motor del ciclo del agua, al igual que el de la gran mayoría de los procesos naturales en la tierra, es el sol. La radiación entrante calienta las aguas superficiales generando vapor de agua, luego el sistema atmosférico se encarga de distribuir el calor de la atmósfera con movimientos de aire, con lo que se da un transporte de humedad, mediante nubes y vapor de agua, a las distintas regiones de la tierra.

Además de esto se tiene el efecto gravedad, el agua siempre buscará los terrenos más bajos. Por ello siempre los cursos de agua se establecen en terrenos con alguna pendiente. Esta también es la razón por la cual se tienen acuíferos: cuando las aguas superficiales se encuentran sobre suelo poroso y permeable, el agua se filtra quedando almacenada de en zonas subterránea.

Existen muchos otros factores que forman parte de la mecánica del ciclo hidrológico, como la escasez o ausencia de luz solar en altas latitudes que permite la solidificación del agua, o el quiebre de las olas que es responsable de generar una gran cantidad de aerosoles, haciendo que partículas de agua pasen del mar a la atmósfera.

Fases

• Evaporación: Es quizá una de las fases más importantes del ciclo. La evaporación es el paso del agua en estado líquido a estado gaseoso a temperatura ambiente. Se estima que el 90% de la humedad de la atmósfera proviene de este proceso, el otro 10% vendría de la transpiración de las plantas.
  
  Dado que el océano se corresponde con alrededor del 70% la superficie terrestre, es de esperar que una gran cantidad de agua atmosférica provenga de aquí. Sin embargo en tierra firme, el calor que proporciona el sol a la superficie hace que la humedad de los suelos se evapore, y además provoque la transpiración de las plantas, dando lugar a un parámetro llamado evapotranspiración, que constituye la consideración de ambos procesos como uno único.
  
  Un proceso curioso con respecto a la evaporación, es que cuando uno de los hemisferios se encuentra en su periodo de invierno, tiene vientos más violentos. Esto genera un efecto de corte del viento sobre la superficie marina, generando fricción y haciendo que el agua se evapore.
  
  También se tiene en cuenta los procesos de sublimación y deposición que ocurren en zonas polares y en serranías y montañas. Allí, las condiciones atmosféricas permiten que el agua pase de estado sólido, nieve o hielo, a vapor de agua directamente y viceversa.
• Condensación: La radiación solar que llega a la superficie hace que esta eleve su temperatura. Luego, el calor que irradia el suelo calienta la atmósfera, por lo que la temperatura del ambiente desciende a medida que se gane altitud, ya que se toma distancia de la fuente de calor.
  
  Es así que el vapor de agua, cuyo estado gaseoso se debe a su ganancia de calor, lo va perdiendo al introducirse en entornos más fríos, forzándolo a volver al estado líquido. Sin embargo, para que la condensación se dé se necesita de una superficie en donde el agua pueda depositarse.
  
  Aquí es donde toman relevancia unas partículas suspendidas en la atmósfera denominadas núcleos de condensación, sobre las cuales el agua condensa. En los casos donde estas se encuentren ausentes, el agua no puede condensarse. Consecuentemente, debido a la conglomeración de partículas de agua suspendidas en la troposfera media y alta, van apareciendo nubes en el cielo.
• Precipitación: Luego de que las nubes se hayan formado, la precipitación puede ocurrir de distintas formas; sin embargo, se puede decir que este proceso consiste en la descarga de agua contenida en las nubes.
  
  Cuando las partículas de agua en la atmósfera alcanzan un tamaño considerable, por efecto de la gravedad, estas caen (precipitan). Existen casos en donde las gotas de agua, aunque logren precipitar, siguen siendo relativamente pequeñas y terminan evaporándose durante su caída por la fricción con el aire, convirtiéndose nuevamente en agua atmosférica.
  
  Por otra parte, durante una tormenta, dentro de la nube se tienen corrientes de aire ascendentes. Esto hace que algunas gotas no puedan precipitar, y sumado en hecho de que el interior de las nubes de tormentas suele ser bastante frías, las gotas precipitantes tienen el tiempo suficiente para solidificarse y cuando logran precipitar lo hacen en forma de granizo.
  
  Con respecto a la nieve, estos se forma por la deposición del vapor de agua. Los pequeños cristales de hielo se van conglomerando de forma fractal y cuando ganan el peso suficiente, precipitan. Para esto es necesario una temperatura entre los 2°C y 0°C, además de un valor óptimo de la humedad relativa en el ambiente.
• Infiltración: Cuando la precipitación se da sobre terrenos con superficie porosa, el agua puede infiltrarse en este y llegar a zonas profundas hasta llegar a alguna capa subterránea que sea impermeable. En ocasiones este nivel suele hallarse cerca de la superficie o encontrarse a niveles más profundos. La capa de agua que forman las aguas subterráneas es llamada capa freática.
  
• Circulación subterránea: Una vez que el agua precipitada se infiltra y se forma la capa freática, el agua subterránea sigue en movimiento. Este movimiento suele darse de dos formas; el agua se desplaza hacia zonas más bajas o pude ascender a la superficie por un efecto de capilaridad, un fenómeno físico donde un fluido asciende a través de un material poroso por las fuerzas de adhesión y cohesión.
  Las aguas subterráneas suelen estancarse en algún punto de la capa freática o bien circular hasta una arteria hídrica como lagos, ríos o mares.
• Escorrentía: La escorrentía es la circulación de agua sobre un terreno que no es propiamente un curso de agua. Esto se da cuando la precipitación excede la cantidad de agua que un suelo puede absorber generando un excedente de agua en la superficie o bien que precipite sobre suelo impermeable, por lo tanto se genera una corriente de agua cuyo curso se da con la pendiente del terreno.
  
  Esto se da bastante en las calles de las ciudades, ya que el pavimento se puede considerar impermeable, por lo que el agua no puede penetrar la superficie de esta, dando lugar a una capa de agua superficial que va generando una corriente de agua.
  
  La escorrentía es un factor bastante importante en la conservación de suelo y en la agronomía, ya que el paso del agua genera un arrastre que lleva consigo la delgada capa superficial del suelo, la cual posee una caracterización de minerales y materiales biológicos que se desarrollan en un periodo bastante extenso.
  En ocasiones el arrastre tiene un efecto perjudicial, ya que la remoción de esta capa provoca la erosión del suelo. En el caso de los cultivos, si el arrastre es lo suficientemente fuerte, este puede llevarse aquellas plantas cuyas raíces no sean muy profundas, siendo especialmente peligrosas para las plantaciones más jóvenes.
• Solidificación: Como ya se ha explicado en el apartado de precipitación, en altura es posible encontrar condiciones óptimas para la solidificación del agua (paso del estado líquido a sólido). Otra forma de solidificación que se encuentra en la naturaleza es la que se da en las regiones de latitudes altas, por encima de los 60° en ambos hemisferios.
  
  Allí, la escasa radiación solar que llega provoca un déficit de calor; con esto se alcanzan muy bajas temperaturas haciendo que la humedad en el ambiente y parte de las aguas superficiales se congelen. La razón por la cual los glaciales y casquetes de hielo contienen agua dulce, es porque el proceso de solidificación solo involucra al agua "pura", dejando las sales en la parte líquida restante.
• Fusión: La fusión es el paso del agua del estado sólido al líquido. En el caso de la precipitación, se da por la fricción de los hidrometeoros sólidos con el aire, y también, por encontrarse estos con temperaturas más elevadas de las que se dan en el interior de las nubes de tormenta.
  
  Con respecto al agua sólida en superficie, este se da por el aumento de la temperatura ambiente, con esto, en las regiones polares los casquetes de hielo y parte de los glaciales se desprenden y son llevados por la corriente hacia latitudes más bajas.

Importancia

Uno de los principales papeles del ciclo hidrológico es el transporte de humedad a distintas regiones de la tierra. Esto tiene una relación muy estrecha con el balance de energía de la tierra. Las regiones tropicales, franja entre los 30° norte y sur, poseen un superávit de energía debido a que allí se tiene la mayor cantidad de radiación solar incidente.

Este exceso de energía da lugar a la circulación atmosférica que distribuye la humedad presente en la atmósfera. Además de esto, el exceso de radiación en la zona ecuatorial genera un constante ascenso de aguas profundas debido a la continua evaporación de agua en la superficie oceánica.

Esto, junto a la rotación de la tierra, da lugar a las corrientes marinas que además de trasportar calor, trasportan otras propiedades físicas y nutrientes que ayudan a la fauna marina. Ciertas corrientes oceánicas llevan aguas cálidas desde el ecuador hacia los polos, y en contraparte, existen corrientes que llevan aguas frías de las zonas polares al ecuador, buscando "refrescar" las zonas más cálidas.

En resumen; la evaporación convierte el agua superficial en agua atmosférica. Esta puede ser transportada por el viento como humedad o puede llegar a elevadas alturas para convertirse en nubes por medio de la condensación. Así el agua llega a tierra firme al precipitar y de esa forma proporciona humedad en el terreno, ayudando a la formación de la flora y fauna de la localidad.

Tanto el agua subterránea y el agua contenida en los glaciales pueden verse como reservorios de agua, mientras que la escorrentía y las corrientes subterráneas pueden entenderse como un mecanismo que el agua utiliza para sumarse a cauces hídricos y así volver a ser parte de las aguas oceánicas.