El agua es un compuesto inorgánico con la fórmula química H 2 O . Es una sustancia química transparente, insípida, inodora, [c] y casi incolora . Es el principal constituyente de la hidrosfera de la Tierra y de los fluidos de todos los organismos vivos conocidos (en los que actúa como disolvente [19] ). Es vital para todas las formas de vida conocidas , a pesar de no proporcionar energía alimentaria ni micronutrientes orgánicos . Su fórmula química, H 2 O , indica que cada una de sus moléculas contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno , conectados por enlaces covalentes . Los átomos de hidrógeno están unidos al átomo de oxígeno en un ángulo de 104,45°. [20] En forma líquida, el H 2 O también se llama "agua" a temperatura y presión estándar .
Debido a que el entorno de la Tierra está relativamente cerca del punto triple del agua , el agua existe en la Tierra como sólido , líquido y gas . [21] Forma precipitaciones en forma de lluvia y aerosoles en forma de niebla . Las nubes consisten en gotitas suspendidas de agua y hielo , su estado sólido. Cuando está finamente dividido, el hielo cristalino puede precipitar en forma de nieve . El estado gaseoso del agua es vapor o vapor de agua .
El agua cubre aproximadamente el 71% de la superficie de la Tierra, y los mares y océanos constituyen la mayor parte del volumen de agua (aproximadamente el 96,5%). [22] Pequeñas porciones de agua se encuentran como agua subterránea (1,7%), en los glaciares y los casquetes polares de la Antártida y Groenlandia (1,7%) y en el aire como vapor , nubes (que consisten en hielo y agua líquida suspendidas en el aire) y precipitación (0,001%). [23] [24] El agua se mueve continuamente a través del ciclo del agua de evaporación , transpiración ( evapotranspiración ), condensación , precipitación y escorrentía , y generalmente llega al mar.
El agua desempeña un papel importante en la economía mundial . Aproximadamente el 70% del agua dulce utilizada por los seres humanos se destina a la agricultura . [25] La pesca en cuerpos de agua salada y dulce ha sido, y sigue siendo, una fuente importante de alimentos para muchas partes del mundo, proporcionando el 6,5% de las proteínas mundiales. [26] Gran parte del comercio de larga distancia de productos básicos (como petróleo, gas natural y productos manufacturados) se transporta en barcos a través de mares, ríos, lagos y canales. Grandes cantidades de agua, hielo y vapor se utilizan para enfriar y calentar en la industria y los hogares. El agua es un excelente disolvente para una amplia variedad de sustancias, tanto minerales como orgánicas; como tal, se usa ampliamente en procesos industriales y en la cocina y el lavado. El agua, el hielo y la nieve también son fundamentales para muchos deportes y otras formas de entretenimiento, como la natación , la navegación de recreo, las carreras de barcos , el surf , la pesca deportiva , el buceo , el patinaje sobre hielo , el snowboard y el esquí .
La palabra agua proviene del inglés antiguo wæter , del protogermánico * watar (fuente también del sajón antiguo watar , frisio antiguo wetir , holandés water , alto alemán antiguo wazzar , alemán Wasser , vatn , gótico 𐍅𐌰𐍄𐍉 ( wato )), del protoindoeuropeo * wod-or , forma sufijada de la raíz * wed- ( ' agua ' ; ' mojado ' ). [27] También cognado , a través de la raíz indoeuropea, con el griego ύδωρ ( ýdor ; del griego antiguo ὕδωρ ( hýdōr ), de donde el inglés ' hydro- ' ), el ruso вода́ ( vodá ), el irlandés uisce y el albanés ujë .
Un factor a tener en cuenta para estimar cuándo apareció el agua en la Tierra es que el agua se pierde continuamente en el espacio. Las moléculas de H 2 O en la atmósfera se rompen por fotólisis , y los átomos de hidrógeno libres resultantes a veces pueden escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra. Cuando la Tierra era más joven y menos masiva , el agua se habría perdido en el espacio más fácilmente. Se espera que los elementos más ligeros como el hidrógeno y el helio se escapen de la atmósfera continuamente, pero las proporciones isotópicas de los gases nobles más pesados en la atmósfera moderna sugieren que incluso los elementos más pesados en la atmósfera primitiva estaban sujetos a pérdidas significativas. [28] En particular, el xenón es útil para los cálculos de la pérdida de agua a lo largo del tiempo. No solo es un gas noble (y, por lo tanto, no se elimina de la atmósfera a través de reacciones químicas con otros elementos), sino que las comparaciones entre las abundancias de sus nueve isótopos estables en la atmósfera moderna revelan que la Tierra perdió al menos un océano de agua al principio de su historia, entre los eones Hádico y Arcaico . [29] [ aclaración necesaria ]
Cualquier agua en la Tierra durante la última parte de su acreción habría sido alterada por el impacto que formó la Luna (hace unos 4.500 millones de años), que probablemente vaporizó gran parte de la corteza terrestre y el manto superior y creó una atmósfera de vapor de roca alrededor del joven planeta. [30] [31] El vapor de roca se habría condensado en dos mil años, dejando atrás volátiles calientes que probablemente dieron lugar a una atmósfera mayoritariamente de dióxido de carbono con hidrógeno y vapor de agua . Después, es posible que hayan existido océanos de agua líquida a pesar de la temperatura superficial de 230 °C (446 °F) debido al aumento de la presión atmosférica de la atmósfera de CO 2 . A medida que continuó el enfriamiento, la mayor parte del CO 2 se eliminó de la atmósfera por subducción y disolución en el agua del océano, pero los niveles oscilaron enormemente a medida que aparecían nuevos ciclos de superficie y manto . [32]
La evidencia geológica también ayuda a limitar el marco temporal de la existencia de agua líquida en la Tierra. Una muestra de basalto almohadillado (un tipo de roca formada durante una erupción submarina) fue recuperada del Cinturón de Piedras Verdes de Isua y proporciona evidencia de que el agua existió en la Tierra hace 3.800 millones de años. [33] En el Cinturón de Piedras Verdes de Nuvvuagittuq , Quebec, Canadá, rocas datadas en 3.800 millones de años por un estudio [34] y 4.280 millones de años por otro [35] muestran evidencia de la presencia de agua en estas edades. [33] Si los océanos existieron antes de esto, aún no se ha descubierto ninguna evidencia geológica (lo que puede deberse a que dicha evidencia potencial ha sido destruida por procesos geológicos como el reciclaje de la corteza ). Más recientemente, en agosto de 2020, los investigadores informaron que es posible que siempre haya habido suficiente agua para llenar los océanos en la Tierra desde el comienzo de la formación del planeta . [36] [37] [38]
A diferencia de las rocas, los minerales llamados circones son altamente resistentes a la intemperie y a los procesos geológicos, por lo que se utilizan para comprender las condiciones en la Tierra primitiva. La evidencia mineralógica de los circones ha demostrado que el agua líquida y una atmósfera deben haber existido hace 4.404 ± 0.008 mil millones de años, muy poco después de la formación de la Tierra. [39] [40] [41] [42] Esto presenta una especie de paradoja, ya que la hipótesis de la Tierra primitiva fría sugiere que las temperaturas eran lo suficientemente frías como para congelar el agua hace entre unos 4.400 y 4.000 millones de años. Otros estudios de circones encontrados en la roca del Hádico australiano apuntan a la existencia de tectónica de placas hace ya 4.000 millones de años. Si es cierto, eso implica que, en lugar de una superficie caliente y fundida y una atmósfera llena de dióxido de carbono, la superficie de la Tierra primitiva era muy parecida a la de hoy (en términos de aislamiento térmico ). La acción de la tectónica de placas atrapa grandes cantidades de CO 2 , reduciendo así el efecto invernadero , lo que conduce a una temperatura superficial mucho más fría y a la formación de roca sólida y agua líquida. [43].svg/1280px-Water_molecule_(1).svg.png)
El agua ( H2O ) es un compuesto inorgánico polar . A temperatura ambiente es un líquido insípido e inodoro , casi incoloro con un matiz azul . Es el calcogenuro de hidrógeno más simple , es con diferencia el compuesto químico más estudiado y a veces se le describe como el "disolvente universal" por su capacidad para disolver más sustancias que cualquier otro líquido, [44] [45] aunque es deficiente a la hora de disolver sustancias no polares. [46] Esto le permite ser el " disolvente de la vida": [47] de hecho, el agua tal como se encuentra en la naturaleza casi siempre incluye varias sustancias disueltas, y se requieren pasos especiales para obtener agua químicamente pura . El agua es la única sustancia común que existe como sólido , líquido y gas en condiciones terrestres normales. [48]
Junto con el oxidano , el agua es uno de los dos nombres oficiales del compuesto químico H
2O ; [49] también es la fase líquida de H
2O . [50] Los otros dos estados comunes de la materia del agua son la fase sólida, hielo , y la fase gaseosa, vapor de agua o vapor de agua . La adición o eliminación de calor puede causar transiciones de fase : congelación (agua a hielo), fusión (hielo a agua), vaporización (agua a vapor), condensación (vapor a agua), sublimación (hielo a vapor) y deposición (vapor a hielo). [51]
El agua se diferencia de la mayoría de los líquidos en que se vuelve menos densa a medida que se congela. [d] A una presión de 1 atm, alcanza su densidad máxima de 999,972 kg/m3 ( 62,4262 lb/cu ft) a 3,98 °C (39,16 °F), o casi 1000 kg/m3 ( 62,43 lb/cu ft) a casi 4 °C (39 °F). [53] [54] La densidad del hielo es de 917 kg/m3 ( 57,25 lb/cu ft), una expansión del 9%. [55] [56] Esta expansión puede ejercer una enorme presión, haciendo estallar tuberías y agrietando rocas. [57]
En un lago o en un océano, el agua a 4 °C (39 °F) se hunde hasta el fondo y se forma hielo en la superficie, que flota sobre el agua líquida. Este hielo aísla el agua que se encuentra debajo, impidiendo que se congele. Sin esta protección, la mayoría de los organismos acuáticos que viven en lagos perecerían durante el invierno. [58]
El agua es un material diamagnético . [59] Aunque la interacción es débil, con imanes superconductores puede alcanzar una interacción notable. [59]
A una presión de una atmósfera (atm), el hielo se derrite o el agua se congela (solidifica) a 0 °C (32 °F) y el agua hierve o el vapor se condensa a 100 °C (212 °F). Sin embargo, incluso por debajo del punto de ebullición, el agua puede convertirse en vapor en su superficie por evaporación (la vaporización en todo el líquido se conoce como ebullición ). La sublimación y la deposición también ocurren en las superficies. [51] Por ejemplo, la escarcha se deposita en superficies frías mientras que los copos de nieve se forman por deposición en una partícula de aerosol o núcleo de hielo. [60] En el proceso de liofilización , un alimento se congela y luego se almacena a baja presión para que el hielo en su superficie se sublime. [61]
Los puntos de fusión y ebullición dependen de la presión. Una buena aproximación de la tasa de cambio de la temperatura de fusión con la presión se da mediante la relación de Clausius-Clapeyron :
donde y son los volúmenes molares de las fases líquida y sólida, y es el calor latente molar de fusión. En la mayoría de las sustancias, el volumen aumenta cuando se produce la fusión, por lo que la temperatura de fusión aumenta con la presión. Sin embargo, debido a que el hielo es menos denso que el agua, la temperatura de fusión disminuye. [52] En los glaciares, la fusión por presión puede ocurrir bajo volúmenes de hielo suficientemente gruesos, lo que da lugar a lagos subglaciales . [62] [63]
La relación de Clausius-Clapeyron también se aplica al punto de ebullición, pero con la transición de líquido a gas la fase de vapor tiene una densidad mucho menor que la fase líquida, por lo que el punto de ebullición aumenta con la presión. [64] El agua puede permanecer en estado líquido a altas temperaturas en las profundidades del océano o bajo tierra. Por ejemplo, las temperaturas superan los 205 °C (401 °F) en Old Faithful , un géiser en el Parque Nacional de Yellowstone . [65] En los respiraderos hidrotermales , la temperatura puede superar los 400 °C (752 °F). [66]
A nivel del mar , el punto de ebullición del agua es de 100 °C (212 °F). A medida que la presión atmosférica disminuye con la altitud, el punto de ebullición disminuye en 1 °C cada 274 metros. Cocinar a gran altitud lleva más tiempo que cocinar a nivel del mar. Por ejemplo, a 1524 metros (5000 pies), el tiempo de cocción debe aumentarse en una cuarta parte para lograr el resultado deseado. [67] Por el contrario, se puede utilizar una olla a presión para reducir los tiempos de cocción elevando la temperatura de ebullición. [68] En el vacío, el agua hervirá a temperatura ambiente. [69]
En un diagrama de fases de presión/temperatura (ver figura), hay curvas que separan el sólido del vapor, el vapor del líquido y el líquido del sólido. Estas se encuentran en un único punto llamado punto triple , donde las tres fases pueden coexistir. El punto triple está a una temperatura de 273,16 K (0,01 °C; 32,02 °F) y una presión de 611,657 pascales (0,00604 atm; 0,0887 psi); [70] es la presión más baja a la que puede existir agua líquida. Hasta 2019 , el punto triple se utilizaba para definir la escala de temperatura Kelvin . [71] [72]
La curva de la fase agua/vapor termina en 647,096 K (373,946 °C; 705,103 °F) y 22,064 megapascales (3200,1 psi; 217,75 atm). [73] Esto se conoce como el punto crítico . A temperaturas y presiones más altas, las fases líquida y de vapor forman una fase continua llamada fluido supercrítico . Puede comprimirse o expandirse gradualmente entre densidades similares a las de un gas y un líquido; sus propiedades (que son bastante diferentes de las del agua ambiental) son sensibles a la densidad. Por ejemplo, para presiones y temperaturas adecuadas, puede mezclarse libremente con compuestos no polares , incluidos la mayoría de los compuestos orgánicos . Esto lo hace útil en una variedad de aplicaciones, incluida la electroquímica de alta temperatura y como un disolvente o catalizador ecológicamente benigno en reacciones químicas que involucran compuestos orgánicos. En el manto de la Tierra, actúa como disolvente durante la formación, disolución y deposición de minerales. [74] [75]
La forma normal del hielo en la superficie de la Tierra es el hielo I h , una fase que forma cristales con simetría hexagonal . Otra con simetría cristalina cúbica , el hielo I c , puede darse en la atmósfera superior. [76] A medida que aumenta la presión, el hielo forma otras estructuras cristalinas . A partir de 2024, se han confirmado veinte experimentalmente y se predicen varias más teóricamente. [77] La decimoctava forma de hielo, el hielo XVIII , una fase de hielo superiónico cúbico centrado en las caras, se descubrió cuando una gota de agua se sometió a una onda de choque que elevó la presión del agua a millones de atmósferas y su temperatura a miles de grados, lo que resultó en una estructura de átomos de oxígeno rígidos en los que los átomos de hidrógeno fluían libremente. [78] [79] Cuando se intercala entre capas de grafeno , el hielo forma una red cuadrada. [80]
Los detalles de la naturaleza química del agua líquida no se comprenden bien; algunas teorías sugieren que su comportamiento inusual se debe a la existencia de dos estados líquidos. [54] [81] [82] [83]
El agua pura suele describirse como insípida e inodora, aunque los humanos tienen sensores específicos que pueden sentir la presencia de agua en la boca, [84] [85] y se sabe que las ranas pueden olerla. [86] Sin embargo, el agua de fuentes ordinarias (incluida el agua mineral ) suele tener muchas sustancias disueltas que pueden darle distintos sabores y olores. Los humanos y otros animales han desarrollado sentidos que les permiten evaluar la potabilidad del agua para evitar el agua demasiado salada o pútrida . [87]
El agua pura es visiblemente azul debido a la absorción de luz en la región de c. 600–800 nm. [88] El color se puede observar fácilmente en un vaso de agua del grifo colocado contra un fondo blanco puro, a la luz del día. Las principales bandas de absorción responsables del color son sobretonos de las vibraciones de estiramiento O–H . La intensidad aparente del color aumenta con la profundidad de la columna de agua, siguiendo la ley de Beer . Esto también se aplica, por ejemplo, a una piscina cuando la fuente de luz es la luz solar reflejada por las baldosas blancas de la piscina.
En la naturaleza, el color también puede modificarse de azul a verde debido a la presencia de sólidos suspendidos o algas.
En la industria, la espectroscopia de infrarrojo cercano se utiliza con soluciones acuosas, ya que la mayor intensidad de los matices más bajos del agua significa que se pueden emplear cubetas de vidrio con una longitud de trayectoria corta. Para observar el espectro de absorción de estiramiento fundamental del agua o de una solución acuosa en la región de alrededor de 3500 cm −1 (2,85 μm) [89] se necesita una longitud de trayectoria de aproximadamente 25 μm. Además, la cubeta debe ser transparente alrededor de 3500 cm −1 e insoluble en agua; el fluoruro de calcio es un material que se usa comúnmente para las ventanas de las cubetas con soluciones acuosas.
Las vibraciones fundamentales Raman-activas pueden observarse con, por ejemplo, una celda de muestra de 1 cm.
Las plantas acuáticas , las algas y otros organismos fotosintéticos pueden vivir en aguas de hasta cientos de metros de profundidad, porque la luz solar puede alcanzarlos. Prácticamente no llega luz solar a las partes de los océanos por debajo de los 1.000 metros (3.300 pies) de profundidad.
El índice de refracción del agua líquida (1,333 a 20 °C (68 °F)) es mucho más alto que el del aire (1,0), similar a los de los alcanos y el etanol , pero inferior a los del glicerol (1,473), el benceno (1,501), el disulfuro de carbono (1,627) y los tipos comunes de vidrio (1,4 a 1,6). El índice de refracción del hielo (1,31) es inferior al del agua líquida.
En una molécula de agua, los átomos de hidrógeno forman un ángulo de 104,5° con el átomo de oxígeno. Los átomos de hidrógeno están cerca de dos esquinas de un tetraedro centrado en el oxígeno. En las otras dos esquinas hay pares solitarios de electrones de valencia que no participan en el enlace. En un tetraedro perfecto, los átomos formarían un ángulo de 109,5°, pero la repulsión entre los pares solitarios es mayor que la repulsión entre los átomos de hidrógeno. [90] [91] La longitud del enlace O–H es de aproximadamente 0,096 nm. [92]
Otras sustancias tienen una estructura molecular tetraédrica, por ejemplo el metano ( CH
4) y sulfuro de hidrógeno ( H
2S ). Sin embargo, el oxígeno es más electronegativo que la mayoría de los demás elementos, por lo que el átomo de oxígeno tiene una carga parcial negativa mientras que los átomos de hidrógeno tienen una carga parcialmente positiva. Junto con la estructura doblada, esto le da a la molécula un momento dipolar eléctrico y se clasifica como una molécula polar . [93]
El agua es un buen disolvente polar , que disuelve muchas sales y moléculas orgánicas hidrófilas , como azúcares y alcoholes simples como el etanol . El agua también disuelve muchos gases, como el oxígeno y el dióxido de carbono , este último que proporciona la efervescencia de las bebidas carbonatadas , los vinos espumosos y las cervezas. Además, muchas sustancias de los organismos vivos, como las proteínas , el ADN y los polisacáridos , se disuelven en agua. Las interacciones entre el agua y las subunidades de estas biomacromoléculas dan forma al plegamiento de proteínas , al apareamiento de bases del ADN y a otros fenómenos cruciales para la vida ( efecto hidrofóbico ).
Muchas sustancias orgánicas (como las grasas, los aceites y los alcanos ) son hidrófobas , es decir, insolubles en agua. Muchas sustancias inorgánicas también son insolubles, incluidos la mayoría de los óxidos metálicos , sulfuros y silicatos .
Debido a su polaridad, una molécula de agua en estado líquido o sólido puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con moléculas vecinas. Los enlaces de hidrógeno son aproximadamente diez veces más fuertes que la fuerza de Van der Waals que atrae a las moléculas entre sí en la mayoría de los líquidos. Esta es la razón por la que los puntos de fusión y ebullición del agua son mucho más altos que los de otros compuestos análogos como el sulfuro de hidrógeno. También explican su capacidad calorífica específica excepcionalmente alta (alrededor de 4,2 J / (g·K)), calor de fusión (alrededor de 333 J/g), calor de vaporización ( 2257 J/g ) y conductividad térmica (entre 0,561 y 0,679 W/(m·K)). Estas propiedades hacen que el agua sea más eficaz para moderar el clima de la Tierra , al almacenar calor y transportarlo entre los océanos y la atmósfera. Los enlaces de hidrógeno del agua son de alrededor de 23 kJ/mol (en comparación con un enlace OH covalente a 492 kJ/mol). De esto, se estima que el 90% es atribuible a la electrostática, mientras que el 10% restante es parcialmente covalente. [94]
Estos enlaces son la causa de la alta tensión superficial del agua [95] y de las fuerzas capilares. La acción capilar se refiere a la tendencia del agua a ascender por un tubo estrecho contra la fuerza de la gravedad . Esta propiedad es la que poseen todas las plantas vasculares , como los árboles. [ cita requerida ]
El agua es una solución débil de hidróxido de hidronio; existe un equilibrio 2H
2O ⇌ H
3Oh+
+ OH−
, en combinación con la solvatación de los iones hidronio e hidróxido resultantes .
El agua pura tiene una conductividad eléctrica baja , que aumenta con la disolución de una pequeña cantidad de material iónico como la sal común .
El agua líquida se puede dividir en los elementos hidrógeno y oxígeno al pasar una corriente eléctrica a través de ella, un proceso llamado electrólisis . La descomposición requiere un aporte de energía mayor que el calor liberado por el proceso inverso (285,8 kJ/ mol o 15,9 MJ/kg). [97]
Se puede suponer que el agua líquida es incompresible para la mayoría de los propósitos: su compresibilidad varía de 4,4 a5,1 × 10 −10 Pa −1 en condiciones normales. [98] Incluso en océanos a 4 km de profundidad, donde la presión es de 400 atm, el agua sufre solo una disminución del 1,8% en su volumen. [99]
La viscosidad del agua es de aproximadamente 10 −3 Pa· s o 0,01 poise a 20 °C (68 °F), y la velocidad del sonido en agua líquida varía entre 1.400 y 1.540 metros por segundo (4.600 y 5.100 pies/s) dependiendo de la temperatura. El sonido viaja largas distancias en el agua con poca atenuación , especialmente a bajas frecuencias (aproximadamente 0,03 dB /km para 1 kHz ) , una propiedad que es explotada por los cetáceos y los humanos para la comunicación y la detección del entorno ( sónar ). [100]
Los elementos metálicos que son más electropositivos que el hidrógeno, en particular los metales alcalinos y alcalinotérreos como el litio , el sodio , el calcio , el potasio y el cesio, desplazan al hidrógeno del agua, formando hidróxidos y liberando hidrógeno. A altas temperaturas, el carbono reacciona con el vapor para formar monóxido de carbono e hidrógeno. [ cita requerida ]
La hidrología es el estudio del movimiento, la distribución y la calidad del agua en toda la Tierra. El estudio de la distribución del agua se denomina hidrografía . El estudio de la distribución y el movimiento de las aguas subterráneas se denomina hidrogeología , el de los glaciares se denomina glaciología , el de las aguas continentales se denomina limnología y el de la distribución de los océanos se denomina oceanografía . Los procesos ecológicos relacionados con la hidrología son objeto de estudio de la ecohidrología .
La masa colectiva de agua que se encuentra sobre, debajo y encima de la superficie de un planeta se denomina hidrosfera . El volumen aproximado de agua de la Tierra (el suministro total de agua del mundo) es de 1.386 mil millones de kilómetros cúbicos (333 millones de millas cúbicas). [23]
El agua líquida se encuentra en cuerpos de agua , como océanos, mares, lagos, ríos, arroyos, canales , estanques o charcos . La mayor parte del agua de la Tierra es agua de mar . El agua también está presente en la atmósfera en estado sólido, líquido y vapor. También existe como agua subterránea en los acuíferos .
El agua es importante en muchos procesos geológicos. El agua subterránea está presente en la mayoría de las rocas y la presión de esta agua subterránea afecta los patrones de fallas . El agua en el manto es responsable del derretimiento que produce volcanes en las zonas de subducción . En la superficie de la Tierra, el agua es importante en los procesos de meteorización tanto químicos como físicos . El agua, y en menor medida, pero aún significativa, el hielo, también son responsables de una gran cantidad de transporte de sedimentos que ocurre en la superficie de la Tierra. La deposición de sedimentos transportados forma muchos tipos de rocas sedimentarias , que conforman el registro geológico de la historia de la Tierra .
El ciclo del agua (conocido científicamente como ciclo hidrológico) es el intercambio continuo de agua dentro de la hidrosfera , entre la atmósfera , el agua del suelo , el agua superficial , el agua subterránea y las plantas.
El agua se mueve perpetuamente a través de cada una de estas regiones en el ciclo del agua que consiste en los siguientes procesos de transferencia:
La mayor parte del vapor de agua que se encuentra principalmente en el océano regresa a él, pero los vientos transportan el vapor de agua sobre la tierra al mismo ritmo que la escorrentía hacia el mar, alrededor de 47 Tt por año, mientras que la evaporación y la transpiración que ocurren en las masas terrestres también contribuyen con otras 72 Tt por año. La precipitación, a un ritmo de 119 Tt por año sobre la tierra, tiene varias formas: las más comunes son lluvia, nieve y granizo , con alguna contribución de la niebla y el rocío . [101] El rocío son pequeñas gotas de agua que se condensan cuando una alta densidad de vapor de agua se encuentra con una superficie fría. El rocío generalmente se forma por la mañana cuando la temperatura es más baja, justo antes del amanecer y cuando la temperatura de la superficie de la Tierra comienza a aumentar. [102] El agua condensada en el aire también puede refractar la luz solar para producir arcoíris .
El agua de escorrentía a menudo se acumula en las cuencas hidrográficas y desemboca en los ríos. A través de la erosión , la escorrentía moldea el medio ambiente creando valles fluviales y deltas que proporcionan un suelo rico y un terreno nivelado para el establecimiento de centros de población. Una inundación ocurre cuando una zona de tierra, generalmente baja, se cubre de agua, lo que ocurre cuando un río se desborda o se produce una marejada ciclónica. Por otro lado, la sequía es un período prolongado de meses o años en el que una región nota una deficiencia en su suministro de agua. Esto ocurre cuando una región recibe constantemente precipitaciones por debajo de la media, ya sea debido a su topografía o debido a su ubicación en términos de latitud .
Los recursos hídricos son recursos naturales de agua que son potencialmente útiles para los seres humanos, [103] por ejemplo como fuente de suministro de agua potable o agua de riego . El agua se presenta tanto en forma de "reservas" como de "flujos". El agua puede almacenarse en forma de lagos, vapor de agua, agua subterránea o acuíferos, y hielo y nieve. Del volumen total de agua dulce mundial, se estima que el 69 por ciento está almacenado en glaciares y cubiertas de nieve permanente; el 30 por ciento está en aguas subterráneas; y el 1 por ciento restante en lagos, ríos, la atmósfera y la biota. [104] El tiempo que el agua permanece almacenada es muy variable: algunos acuíferos consisten en agua almacenada durante miles de años, pero los volúmenes de los lagos pueden fluctuar según la estación, disminuyendo durante los períodos secos y aumentando durante los húmedos. Una fracción sustancial del suministro de agua para algunas regiones consiste en agua extraída del agua almacenada en reservas, y cuando las extracciones exceden la recarga, las reservas disminuyen. Según algunas estimaciones, hasta un 30 por ciento del agua total utilizada para riego proviene de extracciones insostenibles de aguas subterráneas, lo que causa su agotamiento . [105]
El agua de mar contiene en promedio alrededor de un 3,5% de cloruro de sodio , además de cantidades más pequeñas de otras sustancias. Las propiedades físicas del agua de mar difieren de las del agua dulce en algunos aspectos importantes. Se congela a una temperatura más baja (alrededor de -1,9 °C (28,6 °F)) y su densidad aumenta con la disminución de la temperatura hasta el punto de congelación, en lugar de alcanzar la densidad máxima a una temperatura por encima del punto de congelación. La salinidad del agua en los principales mares varía de aproximadamente el 0,7% en el mar Báltico al 4,0% en el mar Rojo . (El mar Muerto , conocido por sus niveles de salinidad ultraelevados de entre el 30 y el 40%, es en realidad un lago salado ).
Las mareas son el ascenso y descenso cíclico de los niveles locales del mar causados por las fuerzas de marea de la Luna y el Sol que actúan sobre los océanos. Las mareas causan cambios en la profundidad de los cuerpos de agua marinos y estuarinos y producen corrientes oscilantes conocidas como corrientes de marea. La marea cambiante producida en un lugar determinado es el resultado de las posiciones cambiantes de la Luna y el Sol en relación con la Tierra, junto con los efectos de la rotación de la Tierra y la batimetría local . La franja de costa que está sumergida durante la marea alta y expuesta durante la marea baja, la zona intermareal , es un producto ecológico importante de las mareas oceánicas.
Desde un punto de vista biológico , el agua tiene muchas propiedades distintivas que son fundamentales para la proliferación de la vida. Lleva a cabo esta función al permitir que los compuestos orgánicos reaccionen de formas que, en última instancia, permiten la replicación . Todas las formas de vida conocidas dependen del agua. El agua es vital tanto como disolvente en el que se disuelven muchos de los solutos del cuerpo como parte esencial de muchos procesos metabólicos dentro del cuerpo. El metabolismo es la suma total del anabolismo y el catabolismo . En el anabolismo, el agua se elimina de las moléculas (a través de reacciones químicas enzimáticas que requieren energía) para hacer crecer moléculas más grandes (por ejemplo, almidones, triglicéridos y proteínas para el almacenamiento de combustibles e información). En el catabolismo, el agua se utiliza para romper enlaces con el fin de generar moléculas más pequeñas (por ejemplo, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos para ser utilizados como combustibles para el uso energético u otros fines). Sin agua, estos procesos metabólicos particulares no podrían existir.
El agua es fundamental tanto para la fotosíntesis como para la respiración. Las células fotosintéticas utilizan la energía del sol para separar el hidrógeno del agua del oxígeno. [106] En presencia de la luz solar, el hidrógeno se combina con el CO
2(absorbida del aire o del agua) para formar glucosa y liberar oxígeno. [107] Todas las células vivas utilizan dichos combustibles y oxidan el hidrógeno y el carbono para capturar la energía del sol y reformar el agua y el CO.
2en el proceso (respiración celular).
El agua también es fundamental para la neutralidad ácido-base y la función enzimática. Un ácido, un ion hidrógeno ( H+
, es decir, un donante de protones, puede ser neutralizado por una base, un aceptor de protones como un ion hidróxido ( OH−
) para formar agua. Se considera que el agua es neutra, con un pH (el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno) de 7 en un estado ideal. Los ácidos tienen valores de pH inferiores a 7, mientras que las bases tienen valores superiores a 7.
Las aguas superficiales de la Tierra están llenas de vida. Las primeras formas de vida aparecieron en el agua; casi todos los peces viven exclusivamente en el agua, y hay muchos tipos de mamíferos marinos, como los delfines y las ballenas. Algunos tipos de animales, como los anfibios, pasan parte de su vida en el agua y parte en la tierra. Las plantas como las algas crecen en el agua y son la base de algunos ecosistemas submarinos. El plancton es generalmente la base de la cadena alimentaria oceánica .
Los vertebrados acuáticos deben obtener oxígeno para sobrevivir, y lo hacen de diversas formas. Los peces tienen branquias en lugar de pulmones , aunque algunas especies de peces, como el pez pulmonado , tienen ambos. Los mamíferos marinos , como los delfines, las ballenas, las nutrias y las focas , necesitan salir a la superficie periódicamente para respirar aire. Algunos anfibios pueden absorber oxígeno a través de su piel. Los invertebrados exhiben una amplia gama de modificaciones para sobrevivir en aguas poco oxigenadas, incluidos tubos respiratorios (ver sifones de insectos y moluscos ) y branquias ( Carcinus ). Sin embargo, como la vida de los invertebrados evolucionó en un hábitat acuático, la mayoría tiene poca o ninguna especialización para la respiración en el agua.
La civilización ha florecido históricamente alrededor de ríos y vías fluviales importantes; Mesopotamia , una de las llamadas cunas de la civilización , estaba situada entre los principales ríos Tigris y Éufrates ; la antigua sociedad de los egipcios dependía completamente del Nilo . La temprana civilización del valle del Indo ( c. 3300 a. C. - c. 1300 a. C. ) se desarrolló a lo largo del río Indo y afluentes que fluían del Himalaya . Roma también se fundó en las orillas del río italiano Tíber . Grandes metrópolis como Róterdam , Londres , Montreal , París , Nueva York , Buenos Aires , Shanghái , Tokio , Chicago y Hong Kong deben su éxito en parte a su fácil acceso a través del agua y la consiguiente expansión del comercio. Las islas con puertos de agua segura, como Singapur , han florecido por la misma razón. En lugares como el norte de África y Oriente Medio, donde el agua es más escasa, el acceso al agua potable fue y es un factor importante para el desarrollo humano.
El agua apta para el consumo humano se denomina agua potable. El agua que no es potable puede volverse potable mediante filtración o destilación , o mediante una variedad de otros métodos . Más de 660 millones de personas no tienen acceso a agua potable segura. [108] [109]
El agua que no es apta para beber, pero que no es dañina para los humanos cuando se utiliza para nadar o bañarse, recibe diversos nombres además de agua potable o agua potable, y a veces se la llama agua segura o "segura para bañarse". El cloro es un irritante de la piel y las membranas mucosas que se utiliza para que el agua sea segura para bañarse o beber. Su uso es altamente técnico y suele estar controlado por regulaciones gubernamentales (normalmente 1 parte por millón (ppm) para el agua potable y 1-2 ppm de cloro que aún no haya reaccionado con impurezas para el agua de baño). El agua para bañarse puede mantenerse en condiciones microbiológicas satisfactorias utilizando desinfectantes químicos como el cloro o el ozono o mediante el uso de luz ultravioleta .
La recuperación de agua es el proceso de convertir las aguas residuales (más comúnmente aguas residuales , también llamadas aguas residuales municipales) en agua que puede reutilizarse para otros fines. Hay 2.300 millones de personas que residen en países con escasez de agua, lo que significa que cada individuo recibe menos de 1.700 metros cúbicos (60.000 pies cúbicos) de agua al año. Cada año se producen a nivel mundial 380 mil millones de metros cúbicos (13 × 10 12 pies cúbicos) de aguas residuales municipales. [110] [111] [112]
El agua dulce es un recurso renovable, que se recircula mediante el ciclo hidrológico natural , pero las presiones sobre el acceso a ella son resultado de la distribución naturalmente desigual en el espacio y el tiempo, las crecientes demandas económicas de la agricultura y la industria y el aumento de la población. En la actualidad, casi mil millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua potable y asequible. En 2000, las Naciones Unidas establecieron los Objetivos de Desarrollo del Milenio para el agua a fin de reducir a la mitad para 2015 la proporción de personas en todo el mundo sin acceso a agua potable y saneamiento . El progreso hacia esa meta fue desigual, y en 2015 la ONU se comprometió con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de lograr el acceso universal a agua potable y saneamiento asequible para 2030. La mala calidad del agua y el saneamiento deficiente son mortales; unos cinco millones de muertes al año son causadas por enfermedades relacionadas con el agua. La Organización Mundial de la Salud estima que el agua potable podría prevenir 1,4 millones de muertes infantiles por diarrea cada año. [113]
En los países en desarrollo, el 90% de todas las aguas residuales municipales todavía llegan sin tratamiento a los ríos y arroyos locales. [114] Unos 50 países, con aproximadamente un tercio de la población mundial, también sufren de escasez de agua media o alta y 17 de ellos extraen más agua anualmente de la que se recarga a través de sus ciclos hídricos naturales. [115] La presión no sólo afecta a los cuerpos de agua dulce superficiales como ríos y lagos, sino que también degrada los recursos de agua subterránea.
El uso humano más importante del agua es para la agricultura, incluida la agricultura de regadío, que representa entre el 80 y el 90 por ciento del consumo humano total de agua. [117] En los Estados Unidos, el 42% del agua dulce extraída para su uso se destina al riego, pero la gran mayoría del agua "consumida" (utilizada y no devuelta al medio ambiente) se destina a la agricultura. [118]
El acceso al agua potable suele darse por sentado, especialmente en los países desarrollados que han construido sofisticados sistemas de recolección, purificación y distribución de agua, y eliminación de aguas residuales. Pero las crecientes presiones económicas, demográficas y climáticas están aumentando las preocupaciones sobre los problemas del agua, lo que lleva a una mayor competencia por los recursos hídricos fijos, dando lugar al concepto de pico hídrico . [119] A medida que las poblaciones y las economías siguen creciendo, el consumo de carne sedienta de agua se expande y surgen nuevas demandas de biocombustibles o nuevas industrias que consumen mucha agua, es probable que surjan nuevos desafíos hídricos. [120]
En 2007, el Instituto Internacional de Gestión del Agua de Sri Lanka realizó una evaluación de la gestión del agua en la agricultura para ver si el mundo tenía suficiente agua para proporcionar alimentos a su creciente población. [121] Se evaluó la disponibilidad actual de agua para la agricultura a escala mundial y se trazaron mapas de las ubicaciones que sufren escasez de agua. Se encontró que una quinta parte de la población mundial, más de 1.200 millones, vive en zonas de escasez física de agua , donde no hay agua suficiente para satisfacer todas las demandas. Otros 1.600 millones de personas viven en zonas que experimentan escasez económica de agua , donde la falta de inversión en agua o la capacidad humana insuficiente hacen imposible que las autoridades satisfagan la demanda de agua. El informe concluyó que sería posible producir los alimentos necesarios en el futuro, pero que la continuación de la producción de alimentos y las tendencias ambientales actuales conducirían a crisis en muchas partes del mundo. Para evitar una crisis mundial del agua, los agricultores tendrán que esforzarse por aumentar la productividad para satisfacer las crecientes demandas de alimentos, mientras que las industrias y las ciudades encuentran formas de utilizar el agua de manera más eficiente. [122]
La escasez de agua también es causada por la producción de productos que requieren un uso intensivo de agua. Por ejemplo, el algodón : para producir 1 kg de algodón (equivalente a un par de jeans) se necesitan 10,9 metros cúbicos de agua. Si bien el algodón representa el 2,4% del uso mundial de agua, el agua se consume en regiones que ya corren el riesgo de sufrir escasez de agua. Se han causado daños ambientales significativos: por ejemplo, el desvío de agua por parte de la ex Unión Soviética de los ríos Amu Darya y Syr Darya para producir algodón fue en gran medida responsable de la desaparición del Mar de Aral . [123]
El 7 de abril de 1795, el gramo se definió en Francia como igual al «peso absoluto de un volumen de agua pura igual a un cubo de una centésima de metro, y a la temperatura de fusión del hielo». [124] Sin embargo, para fines prácticos, se requería un patrón de referencia metálico, mil veces más pesado que el kilogramo. Por lo tanto, se encargó un trabajo para determinar con precisión la masa de un litro de agua. A pesar de que la definición decretada del gramo especificaba agua a 0 °C (32 °F) —una temperatura altamente reproducible— , los científicos optaron por redefinir el estándar y realizar sus mediciones a la temperatura de mayor densidad del agua , que se medía en ese momento como 4 °C (39 °F). [125]
La escala de temperatura Kelvin del sistema SI se basaba en el punto triple del agua, definido exactamente como 273,16 K (0,01 °C; 32,02 °F), pero a partir de mayo de 2019 se basa en la constante de Boltzmann . La escala es una escala de temperatura absoluta con el mismo incremento que la escala de temperatura Celsius, que originalmente se definió de acuerdo con el punto de ebullición (establecido en 100 °C (212 °F)) y el punto de fusión (establecido en 0 °C (32 °F)) del agua.
El agua natural se compone principalmente de los isótopos hidrógeno-1 y oxígeno-16, pero también hay una pequeña cantidad de isótopos más pesados oxígeno-18, oxígeno-17 e hidrógeno-2 ( deuterio ). El porcentaje de los isótopos más pesados es muy pequeño, pero aún así afecta las propiedades del agua. El agua de los ríos y lagos tiende a contener menos isótopos pesados que el agua de mar. Por lo tanto, el agua estándar se define en la especificación de agua oceánica media estándar de Viena .
El cuerpo humano contiene entre un 55% y un 78% de agua, dependiendo del tamaño corporal. [126] [ ¿ fuente generada por el usuario? ] Para funcionar correctamente, el cuerpo requiere entre uno y siete litros (0,22 y 1,54 gal imp; 0,26 y 1,85 gal EE. UU.) [ cita requerida ] de agua por día para evitar la deshidratación ; la cantidad precisa depende del nivel de actividad, la temperatura, la humedad y otros factores. La mayor parte de esto se ingiere a través de alimentos o bebidas distintos del agua pura. No está claro cuánta ingesta de agua necesitan las personas sanas, aunque la Asociación Dietética Británica recomienda que 2,5 litros de agua total al día es el mínimo para mantener una hidratación adecuada, incluidos 1,8 litros (6 a 7 vasos) obtenidos directamente de las bebidas. [127] La literatura médica favorece un consumo menor, típicamente 1 litro de agua para un hombre promedio, excluyendo los requisitos adicionales debido a la pérdida de líquido por el ejercicio o el clima cálido. [128]
Los riñones sanos pueden excretar de 0,8 a 1 litro de agua por hora, pero el estrés, como el ejercicio, puede reducir esta cantidad. Las personas pueden beber mucha más agua de la necesaria mientras hacen ejercicio, lo que las pone en riesgo de intoxicación hídrica (hiperhidratación), que puede ser fatal. [129] [130] La afirmación popular de que "una persona debería consumir ocho vasos de agua al día" parece no tener una base científica real. [131] Los estudios han demostrado que la ingesta adicional de agua, especialmente hasta 500 mililitros (18 onzas líquidas imp; 17 onzas líquidas estadounidenses) a la hora de comer, se asoció con la pérdida de peso. [132] [133] [134] [135] [136] [137] La ingesta adecuada de líquidos es útil para prevenir el estreñimiento. [138]
Una recomendación original para la ingesta de agua en 1945 por parte del Consejo de Alimentos y Nutrición del Consejo Nacional de Investigación de los EE. UU. decía: "Un estándar ordinario para personas diversas es 1 mililitro por cada caloría de alimento. La mayor parte de esta cantidad está contenida en alimentos preparados". [139] El último informe de ingesta de referencia dietética por parte del Consejo Nacional de Investigación de los EE. UU. en general recomendaba, basándose en la ingesta total media de agua de los datos de la encuesta de los EE. UU. (incluyendo fuentes de alimentos): 3,7 litros (0,81 gal imp; 0,98 gal EE. UU.) para hombres y 2,7 litros (0,59 gal imp; 0,71 gal EE. UU.) de agua total para mujeres, señalando que el agua contenida en los alimentos proporcionó aproximadamente el 19% de la ingesta total de agua en la encuesta. [140]
En concreto, las mujeres embarazadas y lactantes necesitan líquidos adicionales para mantenerse hidratadas. El Instituto de Medicina de Estados Unidos recomienda que, de media, los hombres consuman 3 litros (0,66 gal imp; 0,79 gal EE.UU.) y las mujeres 2,2 litros (0,48 gal imp; 0,58 gal EE.UU.); las mujeres embarazadas deberían aumentar la ingesta a 2,4 litros (0,53 gal imp; 0,63 gal EE.UU.) y las mujeres lactantes deberían consumir 3 litros (12 tazas), ya que durante la lactancia se pierde una cantidad especialmente grande de líquido. [141] También se observa que normalmente, alrededor del 20% de la ingesta de agua procede de los alimentos, mientras que el resto procede del agua potable y las bebidas ( incluidas las que contienen cafeína ). El agua se excreta del cuerpo de múltiples formas: a través de la orina y las heces , a través del sudor y por la exhalación de vapor de agua en el aliento. Con el esfuerzo físico y la exposición al calor, la pérdida de agua aumentará y las necesidades diarias de líquidos también pueden aumentar.
Los seres humanos necesitamos agua con pocas impurezas. Las impurezas más comunes son las sales y óxidos metálicos, como el cobre, el hierro, el calcio y el plomo, [142] [ cita completa requerida ] y bacterias dañinas, como Vibrio . Algunos solutos son aceptables e incluso deseables para mejorar el sabor y proporcionar los electrolitos necesarios . [143]
El mayor recurso de agua dulce (en términos de volumen) apto para beber es el lago Baikal en Siberia. [144]
El lavado es un método de limpieza que se realiza habitualmente con agua y jabón o detergente . El lavado regular y posterior enjuague del cuerpo y la ropa es parte esencial de una buena higiene y salud. [145] [146] [147]
A menudo, las personas utilizan jabones y detergentes para ayudar a emulsionar los aceites y las partículas de suciedad y poder eliminarlas. El jabón se puede aplicar directamente, con la ayuda de una toallita o con la ayuda de esponjas o herramientas de limpieza similares .
En contextos sociales, el lavado se refiere al acto de bañarse o lavar diferentes partes del cuerpo, como las manos , el cabello o la cara . El lavado excesivo puede dañar el cabello, causando caspa, o causar piel áspera o lesiones cutáneas. [148] [149] Algunos lavados del cuerpo se realizan ritualmente en religiones como el cristianismo y el judaísmo, como un acto de purificación .
El lavado también puede referirse al lavado de objetos. Por ejemplo, lavar ropa u otros artículos de tela, como sábanas, o lavar platos o utensilios de cocina . Mantener limpios los objetos, especialmente si interactúan con los alimentos o la piel, puede ayudar con la higiene. Otros tipos de lavado se centran en mantener la limpieza y la durabilidad de los objetos que se ensucian, como lavar el coche , enjabonando el exterior con jabón para coches, o lavar las herramientas utilizadas en un proceso sucio.
El transporte marítimo (o transporte oceánico) o, más generalmente, el transporte por agua, es el transporte de personas ( pasajeros ) o mercancías ( carga ) por vías navegables . El transporte de mercancías por mar se ha utilizado ampliamente a lo largo de la historia registrada . La llegada de la aviación ha disminuido la importancia de los viajes por mar para los pasajeros, aunque sigue siendo popular para viajes cortos y cruceros de placer . El transporte por agua es más barato que el transporte por aire o tierra, [150] pero significativamente más lento para distancias más largas. El transporte marítimo representa aproximadamente el 80% del comercio internacional , según la UNCTAD en 2020.
El transporte marítimo se puede realizar a cualquier distancia en barco, buque, velero o barcaza , sobre océanos y lagos, a través de canales o a lo largo de ríos. El envío puede ser para fines comerciales , recreativos o militares . Si bien el transporte interior extensivo es menos crítico hoy en día, las principales vías fluviales del mundo, incluidos muchos canales, siguen siendo muy importantes y son partes integrales de las economías mundiales . En particular, especialmente cualquier material puede transportarse por agua; sin embargo, el transporte por agua se vuelve poco práctico cuando la entrega de material es crítica en el tiempo, como varios tipos de productos perecederos . Aún así, el transporte por agua es muy rentable con cargas programadas regulares, como el envío transoceánico de productos de consumo, y especialmente para cargas pesadas o cargas a granel , como carbón , coque , minerales o granos . Podría decirse que la Revolución Industrial tuvo sus primeros impactos donde el transporte acuático barato por canal, las navegaciones o el envío por todo tipo de embarcaciones en vías fluviales naturales apoyaron el transporte a granel rentable .
La contenerización revolucionó el transporte marítimo a partir de la década de 1970. La "carga general" incluye mercancías embaladas en cajas, cajones, palés y barriles. Cuando una carga se transporta en más de un modo, se denomina intermodal o comodal .El agua se utiliza ampliamente en reacciones químicas como disolvente o reactivo y, con menos frecuencia, como soluto o catalizador. En reacciones inorgánicas, el agua es un disolvente común, que disuelve muchos compuestos iónicos, así como otros compuestos polares como el amoniaco y compuestos estrechamente relacionados con el agua . En reacciones orgánicas, no suele utilizarse como disolvente de reacción, porque no disuelve bien los reactivos y es anfótero (ácido y básico) y nucleófilo . Sin embargo, estas propiedades a veces son deseables. Además, se ha observado la aceleración de las reacciones de Diels-Alder por el agua. El agua supercrítica ha sido recientemente un tema de investigación. El agua supercrítica saturada de oxígeno quema contaminantes orgánicos de manera eficiente.
El agua y el vapor son un fluido común utilizado para el intercambio de calor , debido a su disponibilidad y alta capacidad térmica , tanto para enfriar como para calentar. El agua fría puede incluso estar disponible de forma natural en un lago o en el mar. Es especialmente eficaz para transportar calor a través de la vaporización y condensación del agua debido a su gran calor latente de vaporización . Una desventaja es que los metales que se encuentran comúnmente en industrias como el acero y el cobre se oxidan más rápido con agua y vapor sin tratar. En casi todas las centrales térmicas , el agua se utiliza como fluido de trabajo (se utiliza en un circuito cerrado entre la caldera, la turbina de vapor y el condensador) y como refrigerante (se utiliza para intercambiar el calor residual con un cuerpo de agua o llevarlo por evaporación en una torre de enfriamiento ). En los Estados Unidos, la refrigeración de las centrales eléctricas es el mayor uso de agua. [151]
En la industria de la energía nuclear , el agua también se puede utilizar como moderador de neutrones . En la mayoría de los reactores nucleares , el agua es tanto refrigerante como moderador. Esto proporciona una especie de medida de seguridad pasiva, ya que retirar el agua del reactor también ralentiza la reacción nuclear . Sin embargo, se prefieren otros métodos para detener una reacción y se prefiere mantener el núcleo nuclear cubierto con agua para garantizar una refrigeración adecuada.
El agua tiene un alto calor de vaporización y es relativamente inerte, lo que la convierte en un buen líquido extintor de incendios . La evaporación del agua aleja el calor del fuego. Es peligroso utilizar agua en incendios que involucran aceites y solventes orgánicos porque muchos materiales orgánicos flotan en el agua y esta tiende a esparcir el líquido en llamas.
El uso de agua para combatir incendios también debe tener en cuenta los riesgos de una explosión de vapor , que puede ocurrir cuando se utiliza agua en incendios muy calientes en espacios confinados, y de una explosión de hidrógeno, cuando las sustancias que reaccionan con el agua, como ciertos metales o carbono caliente como el carbón, el carbón vegetal o el grafito de coque , descomponen el agua y producen gas de agua .
La potencia de tales explosiones se vio en el desastre de Chernóbil , aunque en este caso el agua involucrada no procedía de la extinción del incendio, sino del propio sistema de refrigeración por agua del reactor. La explosión de vapor se produjo cuando el sobrecalentamiento extremo del núcleo hizo que el agua se convirtiera en vapor. Es posible que se produjera una explosión de hidrógeno como resultado de una reacción entre el vapor y el circonio caliente .
Algunos óxidos metálicos, sobre todo los de metales alcalinos y alcalinotérreos , producen tanto calor en reacción con el agua que pueden provocar un incendio. El óxido alcalinotérreo cal viva , también conocido como óxido de calcio, es una sustancia producida en masa que suele transportarse en bolsas de papel. Si estas se empapan, pueden incendiarse al reaccionar su contenido con el agua. [152]
Los seres humanos utilizan el agua para muchos fines recreativos, así como para hacer ejercicio y practicar deportes. Algunos de estos incluyen natación, esquí acuático , paseos en bote , surf y buceo . Además, algunos deportes, como el hockey sobre hielo y el patinaje sobre hielo , se practican sobre hielo. Las orillas de los lagos, las playas y los parques acuáticos son lugares populares para que la gente vaya a relajarse y disfrutar de la recreación. Muchos encuentran que el sonido y la apariencia del agua fluyendo son relajantes, y las fuentes y otras estructuras de agua fluyente son decoraciones populares. Algunos mantienen peces y otra flora y fauna dentro de acuarios o estanques para exhibición, diversión y compañía. Los seres humanos también utilizan el agua para deportes de nieve como esquí , trineo , motos de nieve o snowboard , que requieren que el agua esté a baja temperatura, ya sea como hielo o cristalizada en nieve .
La industria del agua proporciona servicios de agua potable y aguas residuales (incluido el tratamiento de aguas residuales ) a hogares e industrias. Las instalaciones de suministro de agua incluyen pozos de agua , cisternas para la recolección de agua de lluvia , redes de suministro de agua e instalaciones de purificación de agua , tanques de agua , torres de agua y tuberías de agua , incluidos acueductos antiguos . Se están desarrollando generadores de agua atmosférica .
El agua potable se recoge a menudo en manantiales , se extrae de perforaciones artificiales (pozos) en el suelo o se bombea de lagos y ríos. Por lo tanto, la construcción de más pozos en lugares adecuados es una forma posible de producir más agua, suponiendo que los acuíferos puedan suministrar un flujo adecuado. Otras fuentes de agua incluyen la recolección de agua de lluvia. El agua puede requerir purificación para el consumo humano. Esto puede implicar la eliminación de sustancias no disueltas, sustancias disueltas y microbios dañinos . Los métodos populares son el filtrado con arena que solo elimina el material no disuelto, mientras que la cloración y la ebullición matan los microbios dañinos. La destilación realiza las tres funciones. Existen técnicas más avanzadas, como la ósmosis inversa . La desalinización de abundante agua de mar es una solución más cara utilizada en climas áridos costeros .
La distribución de agua potable se realiza a través de los sistemas municipales de agua , camiones cisterna o en forma de agua embotellada . Los gobiernos de muchos países tienen programas para distribuir agua a los necesitados sin costo alguno.
Otra opción es reducir el consumo de agua potable únicamente para consumo humano. En algunas ciudades, como Hong Kong, se utiliza ampliamente el agua de mar para las cisternas de los inodoros de toda la ciudad con el fin de conservar los recursos de agua dulce .
La contaminación del agua puede ser el mayor mal uso del agua; en la medida en que un contaminante limita otros usos del agua, se convierte en un desperdicio del recurso, independientemente de los beneficios para el contaminador. Al igual que otros tipos de contaminación, esto no entra en la contabilidad estándar de los costos de mercado, siendo concebido como externalidades que el mercado no puede tener en cuenta. Así, otras personas pagan el precio de la contaminación del agua, mientras que las ganancias de las empresas privadas no se redistribuyen a la población local, víctima de esta contaminación. Los productos farmacéuticos consumidos por los humanos a menudo terminan en los cursos de agua y pueden tener efectos perjudiciales para la vida acuática si se bioacumulan y si no son biodegradables .
Las aguas residuales municipales e industriales suelen tratarse en plantas de tratamiento de aguas residuales . La mitigación de la escorrentía superficial contaminada se aborda mediante una variedad de técnicas de prevención y tratamiento .
Muchos procesos industriales se basan en reacciones que utilizan sustancias químicas disueltas en agua, la suspensión de sólidos en lodos acuosos o el uso de agua para disolver y extraer sustancias, o para lavar productos o equipos de proceso. Procesos como la minería , la fabricación de pulpa química , el blanqueo de pulpa, la fabricación de papel , la producción textil, el teñido, la impresión y el enfriamiento de plantas de energía utilizan grandes cantidades de agua, lo que requiere una fuente de agua dedicada y, a menudo, causa una importante contaminación del agua.
El agua se utiliza para generar energía . La hidroelectricidad es la electricidad que se obtiene a partir de la energía hidroeléctrica . La energía hidroeléctrica proviene del agua que impulsa una turbina conectada a un generador. La hidroelectricidad es una fuente de energía renovable, no contaminante y de bajo costo. La energía se obtiene mediante el movimiento del agua. Por lo general, se construye una presa en un río, creando un lago artificial detrás de él. El agua que fluye fuera del lago pasa a través de turbinas que hacen girar generadores.
Pressurized water is used in water blasting and water jet cutters. High pressure water guns are used for precise cutting. It works very well, is relatively safe, and is not harmful to the environment. It is also used in the cooling of machinery to prevent overheating, or prevent saw blades from overheating.
Water is also used in many industrial processes and machines, such as the steam turbine and heat exchanger, in addition to its use as a chemical solvent. Discharge of untreated water from industrial uses is pollution. Pollution includes discharged solutes (chemical pollution) and discharged coolant water (thermal pollution). Industry requires pure water for many applications and uses a variety of purification techniques both in water supply and discharge.
Boiling, steaming, and simmering are popular cooking methods that often require immersing food in water or its gaseous state, steam.[153] Water is also used for dishwashing. Water also plays many critical roles within the field of food science.
Solutes such as salts and sugars found in water affect the physical properties of water. The boiling and freezing points of water are affected by solutes, as well as air pressure, which is in turn affected by altitude. Water boils at lower temperatures with the lower air pressure that occurs at higher elevations. One mole of sucrose (sugar) per kilogram of water raises the boiling point of water by 0.51 °C (0.918 °F), and one mole of salt per kg raises the boiling point by 1.02 °C (1.836 °F); similarly, increasing the number of dissolved particles lowers water's freezing point.[154]
Solutes in water also affect water activity that affects many chemical reactions and the growth of microbes in food.[155] Water activity can be described as a ratio of the vapor pressure of water in a solution to the vapor pressure of pure water.[154] Solutes in water lower water activity—this is important to know because most bacterial growth ceases at low levels of water activity.[155] Not only does microbial growth affect the safety of food, but also the preservation and shelf life of food.
Water hardness is also a critical factor in food processing and may be altered or treated by using a chemical ion exchange system. It can dramatically affect the quality of a product, as well as playing a role in sanitation. Water hardness is classified based on concentration of calcium carbonate the water contains. Water is classified as soft if it contains less than 100 mg/L (UK)[156] or less than 60 mg/L (US).[157]
According to a report published by the Water Footprint organization in 2010, a single kilogram of beef requires 15 thousand litres (3.3×103 imp gal; 4.0×103 US gal) of water; however, the authors also make clear that this is a global average and circumstantial factors determine the amount of water used in beef production.[158]
Water for injection is on the World Health Organization's list of essential medicines.[159]
Much of the universe's water is produced as a byproduct of star formation. The formation of stars is accompanied by a strong outward wind of gas and dust. When this outflow of material eventually impacts the surrounding gas, the shock waves that are created compress and heat the gas. The water observed is quickly produced in this warm dense gas.[161]
On 22 July 2011, a report described the discovery of a gigantic cloud of water vapor containing "140 trillion times more water than all of Earth's oceans combined" around a quasar located 12 billion light years from Earth. According to the researchers, the "discovery shows that water has been prevalent in the universe for nearly its entire existence".[162][163]
Water has been detected in interstellar clouds within the Milky Way.[164] Water probably exists in abundance in other galaxies, too, because its components, hydrogen, and oxygen, are among the most abundant elements in the universe. Based on models of the formation and evolution of the Solar System and that of other star systems, most other planetary systems are likely to have similar ingredients.
Water is present as vapor in:
Liquid water is present on Earth, covering 71% of its surface.[22] Liquid water is also occasionally present in small amounts on Mars.[185] Scientists believe liquid water is present in the Saturnian moons of Enceladus, as a 10-kilometre thick ocean approximately 30–40 kilometers below Enceladus' south polar surface,[186][187] and Titan, as a subsurface layer, possibly mixed with ammonia.[188] Jupiter's moon Europa has surface characteristics which suggest a subsurface liquid water ocean.[189] Liquid water may also exist on Jupiter's moon Ganymede as a layer sandwiched between high pressure ice and rock.[190]
Water is present as ice on:
And is also likely present on:
Water and other volatiles probably comprise much of the internal structures of Uranus and Neptune and the water in the deeper layers may be in the form of ionic water in which the molecules break down into a soup of hydrogen and oxygen ions, and deeper still as superionic water in which the oxygen crystallizes, but the hydrogen ions float about freely within the oxygen lattice.[209]
The existence of liquid water, and to a lesser extent its gaseous and solid forms, on Earth are vital to the existence of life on Earth as we know it. The Earth is located in the habitable zone of the Solar System; if it were slightly closer to or farther from the Sun (about 5%, or about 8 million kilometers), the conditions which allow the three forms to be present simultaneously would be far less likely to exist.[210][211]
Earth's gravity allows it to hold an atmosphere. Water vapor and carbon dioxide in the atmosphere provide a temperature buffer (greenhouse effect) which helps maintain a relatively steady surface temperature. If Earth were smaller, a thinner atmosphere would allow temperature extremes, thus preventing the accumulation of water except in polar ice caps (as on Mars).[citation needed]
The surface temperature of Earth has been relatively constant through geologic time despite varying levels of incoming solar radiation (insolation), indicating that a dynamic process governs Earth's temperature via a combination of greenhouse gases and surface or atmospheric albedo. This proposal is known as the Gaia hypothesis.[citation needed]
The state of water on a planet depends on ambient pressure, which is determined by the planet's gravity. If a planet is sufficiently massive, the water on it may be solid even at high temperatures, because of the high pressure caused by gravity, as it was observed on exoplanets Gliese 436 b[212] and GJ 1214 b.[213]
Water politics is politics affected by water and water resources. Water, particularly fresh water, is a strategic resource across the world and an important element in many political conflicts. It causes health impacts and damage to biodiversity.
Access to safe drinking water has improved over the last decades in almost every part of the world, but approximately one billion people still lack access to safe water and over 2.5 billion lack access to adequate sanitation.[214] However, some observers have estimated that by 2025 more than half of the world population will be facing water-based vulnerability.[215] A report, issued in November 2009, suggests that by 2030, in some developing regions of the world, water demand will exceed supply by 50%.[216]
1.6 billion people have gained access to a safe water source since 1990.[217] The proportion of people in developing countries with access to safe water is calculated to have improved from 30% in 1970[218] to 71% in 1990, 79% in 2000, and 84% in 2004.[214]
A 2006 United Nations report stated that "there is enough water for everyone", but that access to it is hampered by mismanagement and corruption.[219] In addition, global initiatives to improve the efficiency of aid delivery, such as the Paris Declaration on Aid Effectiveness, have not been taken up by water sector donors as effectively as they have in education and health, potentially leaving multiple donors working on overlapping projects and recipient governments without empowerment to act.[220]
The authors of the 2007 Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture cited poor governance as one reason for some forms of water scarcity. Water governance is the set of formal and informal processes through which decisions related to water management are made. Good water governance is primarily about knowing what processes work best in a particular physical and socioeconomic context. Mistakes have sometimes been made by trying to apply 'blueprints' that work in the developed world to developing world locations and contexts. The Mekong river is one example; a review by the International Water Management Institute of policies in six countries that rely on the Mekong river for water found that thorough and transparent cost-benefit analyses and environmental impact assessments were rarely undertaken. They also discovered that Cambodia's draft water law was much more complex than it needed to be.[221]
In 2004, the UK charity WaterAid reported that a child dies every 15 seconds from easily preventable water-related diseases, which are often tied to a lack of adequate sanitation.[222][223]
Since 2003, the UN World Water Development Report, produced by the UNESCO World Water Assessment Programme, has provided decision-makers with tools for developing sustainable water policies.[224] The 2023 report states that two billion people (26% of the population) do not have access to drinking water and 3.6 billion (46%) lack access to safely managed sanitation.[225] People in urban areas (2.4 billion) will face water scarcity by 2050.[224] Water scarcity has been described as endemic, due to overconsumption and pollution.[226] The report states that 10% of the world's population lives in countries with high or critical water stress. Yet over the past 40 years, water consumption has increased by around 1% per year, and is expected to grow at the same rate until 2050. Since 2000, flooding in the tropics has quadrupled, while flooding in northern mid-latitudes has increased by a factor of 2.5.[227] The cost of these floods between 2000 and 2019 was 100,000 deaths and $650 million.[224]
Organizations concerned with water protection include the International Water Association (IWA), WaterAid, Water 1st, and the American Water Resources Association. The International Water Management Institute undertakes projects with the aim of using effective water management to reduce poverty. Water related conventions are United Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD), International Convention for the Prevention of Pollution from Ships, United Nations Convention on the Law of the Sea and Ramsar Convention. World Day for Water takes place on 22 March[228] and World Oceans Day on 8 June.[229]
Water is considered a purifier in most religions. Faiths that incorporate ritual washing (ablution) include Christianity,[230] Hinduism, Islam, Judaism, the Rastafari movement, Shinto, Taoism, and Wicca. Immersion (or aspersion or affusion) of a person in water is a central Sacrament of Christianity (where it is called baptism); it is also a part of the practice of other religions, including Islam (Ghusl), Judaism (mikvah) and Sikhism (Amrit Sanskar). In addition, a ritual bath in pure water is performed for the dead in many religions including Islam and Judaism. In Islam, the five daily prayers can be done in most cases after washing certain parts of the body using clean water (wudu), unless water is unavailable (see Tayammum). In Shinto, water is used in almost all rituals to cleanse a person or an area (e.g., in the ritual of misogi).
In Christianity, holy water is water that has been sanctified by a priest for the purpose of baptism, the blessing of persons, places, and objects, or as a means of repelling evil.[231][232]
In Zoroastrianism, water (āb) is respected as the source of life.[233]
The Ancient Greek philosopher Empedocles saw water as one of the four classical elements (along with fire, earth, and air), and regarded it as an ylem, or basic substance of the universe. Thales, whom Aristotle portrayed as an astronomer and an engineer, theorized that the earth, which is denser than water, emerged from the water. Thales, a monist, believed further that all things are made from water. Plato believed that the shape of water is an icosahedron – flowing easily compared to the cube-shaped earth.[234]
The theory of the four bodily humors associated water with phlegm, as being cold and moist. The classical element of water was also one of the five elements in traditional Chinese philosophy (along with earth, fire, wood, and metal).
Some traditional and popular Asian philosophical systems take water as a role-model. James Legge's 1891 translation of the Dao De Jing states, "The highest excellence is like (that of) water. The excellence of water appears in its benefiting all things, and in its occupying, without striving (to the contrary), the low place which all men dislike. Hence (its way) is near to (that of) the Tao" and "There is nothing in the world more soft and weak than water, and yet for attacking things that are firm and strong there is nothing that can take precedence of it—for there is nothing (so effectual) for which it can be changed."[235] Guanzi in the "Shui di" 水地 chapter further elaborates on the symbolism of water, proclaiming that "man is water" and attributing natural qualities of the people of different Chinese regions to the character of local water resources.[236]
"Living water" features in Germanic and Slavic folktales as a means of bringing the dead back to life. Note the Grimm fairy-tale ("The Water of Life") and the Russian dichotomy of living and dead water. The Fountain of Youth represents a related concept of magical waters allegedly preventing aging.
In the significant modernist novel Ulysses (1922) by Irish writer James Joyce, the chapter "Ithaca" takes the form of a catechism of 309 questions and answers, one of which is known as the "water hymn".[237]: 91 According to Richard E. Madtes, the hymn is not merely a "monotonous string of facts", rather, its phrases, like their subject, "ebb and flow, heave and swell, gather and break, until they subside into the calm quiescence of the concluding 'pestilential fens, faded flowerwater, stagnant pools in the waning moon.'"[237]: 79 The hymn is considered one of the most remarkable passages in Ithaca, and according to literary critic Hugh Kenner, achieves "the improbable feat of raising to poetry all the clutter of footling information that has accumulated in schoolbooks."[237]: 91 The literary motif of water represents the novel's theme of "everlasting, everchanging life," and the hymn represents the culmination of the motif in the novel.[237]: 91 The following is the hymn quoted in full.[238]
What in water did Bloom, waterlover, drawer of water, watercarrier returning to the range, admire?
Its universality: its democratic equality and constancy to its nature in seeking its own level: its vastness in the ocean of Mercator’s projection: its unplumbed profundity in the Sundam trench of the Pacific exceeding 8,000 fathoms: the restlessness of its waves and surface particles visiting in turn all points of its seaboard: the independence of its units: the variability of states of sea: its hydrostatic quiescence in calm: its hydrokinetic turgidity in neap and spring tides: its subsidence after devastation: its sterility in the circumpolar icecaps, arctic and antarctic: its climatic and commercial significance: its preponderance of 3 to 1 over the dry land of the globe: its indisputable hegemony extending in square leagues over all the region below the subequatorial tropic of Capricorn: the multisecular stability of its primeval basin: its luteofulvous bed: its capacity to dissolve and hold in solution all soluble substances including millions of tons of the most precious metals: its slow erosions of peninsulas and downwardtending promontories: its alluvial deposits: its weight and volume and density: its imperturbability in lagoons and highland tarns: its gradation of colours in the torrid and temperate and frigid zones: its vehicular ramifications in continental lakecontained streams and confluent oceanflowing rivers with their tributaries and transoceanic currents: gulfstream, north and south equatorial courses: its violence in seaquakes, waterspouts, artesian wells, eruptions, torrents, eddies, freshets, spates, groundswells, watersheds, waterpartings, geysers, cataracts, whirlpools, maelstroms, inundations, deluges, cloudbursts: its vast circumterrestrial ahorizontal curve: its secrecy in springs, and latent humidity, revealed by rhabdomantic or hygrometric instruments and exemplified by the well by the hole in the wall at Ashtown gate, saturation of air, distillation of dew: the simplicity of its composition, two constituent parts of hydrogen with one constituent part of oxygen: its healing virtues: its buoyancy in the waters of the Dead Sea: its persevering penetrativeness in runnels, gullies, inadequate dams, leaks on shipboard: its properties for cleansing, quenching thirst and fire, nourishing vegetation: its infallibility as paradigm and paragon: its metamorphoses as vapour, mist, cloud, rain, sleet, snow, hail: its strength in rigid hydrants: its variety of forms in loughs and bays and gulfs and bights and guts and lagoons and atolls and archipelagos and sounds and fjords and minches and tidal estuaries and arms of sea: its solidity in glaciers, icebergs, icefloes: its docility in working hydraulic millwheels, turbines, dynamos, electric power stations, bleachworks, tanneries, scutchmills: its utility in canals, rivers, if navigable, floating and graving docks: its potentiality derivable from harnessed tides or watercourses falling from level to level: its submarine fauna and flora (anacoustic, photophobe) numerically, if not literally, the inhabitants of the globe: its ubiquity as constituting 90% of the human body: the noxiousness of its effluvia in lacustrine marshes, pestilential fens, faded flowerwater, stagnant pools in the waning moon.
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Painter and activist Fredericka Foster curated The Value of Water, at the Cathedral of St. John the Divine in New York City,[239] which anchored a year-long initiative by the Cathedral on our dependence on water.[240][241] The largest exhibition to ever appear at the Cathedral,[242] it featured over forty artists, including Jenny Holzer, Robert Longo, Mark Rothko, William Kentridge, April Gornik, Kiki Smith, Pat Steir, Alice Dalton Brown, Teresita Fernandez and Bill Viola.[243][244] Foster created Think About Water,[245][full citation needed] an ecological collective of artists who use water as their subject or medium. Members include Basia Irland,[246][full citation needed] Aviva Rahmani, Betsy Damon, Diane Burko, Leila Daw, Stacy Levy, Charlotte Coté,[247] Meridel Rubenstein, and Anna Macleod.
To mark the 10th anniversary of access to water and sanitation being declared a human right by the UN, the charity WaterAid commissioned ten visual artists to show the impact of clean water on people's lives.[248][249]
'Dihydrogen monoxide' is a technically correct but rarely used chemical name of water. This name has been used in a series of hoaxes and pranks that mock scientific illiteracy. This began in 1983, when an April Fools' Day article appeared in a newspaper in Durand, Michigan. The false story consisted of safety concerns about the substance.[250]
The word "Water" has been used by many Florida based rappers as a sort of catchphrase or adlib. Rappers who have done this include BLP Kosher and Ski Mask the Slump God.[251] To go even further some rappers have made whole songs dedicated to the water in Florida, such as the 2023 Danny Towers song "Florida Water".[252] Others have made whole songs dedicated to water as a whole, such as XXXTentacion, and Ski Mask the Slump God with their hit song "H2O".
Sometimes these compounds have generic or common names (e.g., H2O is "water") and they also have systematic names (e.g., H2O, dihydrogen monoxide).
Note that the Earth environment is close to the triple point and that water, steam and ice can all exist at the surface.
Water plays a role in other Christian rituals as well. ... In the early days of Christianity, two to three centuries after Christ, the lavabo (Latin for "I wash myself"), a ritual handwashing vessel and bowl, was introduced as part of Church service.
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