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EDUCACION AMBIENTAL PARA EL AGUA (EDUCAGUA)
CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE EL AGUA
PROBLEMATICA DEL RECURSO HIDRICO
ALGUNAS SOLUCIONES PARA LA PROBLEMATICA DEL RECURSO HIDRICO
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE EL AGUA



1.1 EL AGUA EN LA TIERRA

Objetivo: Los estudiantes conocerán que el agua disponible para el consumo humano es muy poca comparada con la cantidad total de agua en la naturaleza.

El volumen de agua en el planeta tierra es aproximadamente de 1.386 millones de Km3, de los cuales el 96,5% se encuentra como agua salada de los océanos y el 3,5% se encuentra como agua dulce en los continentes. Pero el 69% del agua dulce se encuentra en forma sólida en los glaciares y el 30% es agua subterránea; el 1% restante conforma lagos, ríos y otros ecosistemas acuáticos. En otras palabras, de cada 100 Litros de agua, menos de la mitad de una taza de té es agua útil para el consumo humano . Es decir que el agua dulce líquida y disponible para la vida continental es un porcentaje muy pequeño, es como si en tus manos tuvieras una jarra con agua pero solo pudieras beber una gota de ella. Por tanto se exige del conocimiento científico de estos ecosistemas acuáticos, de tal manera que podamos contribuir a su conservación .


1.2 EL CICLO DEL AGUA EN LA NATURALEZA

Objetivo: Los estudiantes comprenden la importancia del ciclo hidrológico del agua en la naturaleza.

Se le llama ciclo hidrológico o ciclo del agua a los movimientos que determinan una circulación continua y conservación de agua entre los océanos, continentes y la atmósfera. Estos movimientos tienen como motores principales a la energía solar y la gravedad y los movimientos de rotación de la tierra alrededor de su eje. El ciclo del agua es un agente modelador de la superficie terrestre, debido a la erosión y al transporte y deposición de sedimentos por vía hidráulica. No es posible decir que el ciclo del agua tiene su inicio en un sitio específico, pero sí es posible explicarlo partiendo desde algún punto, en este caso podemos partir del océano. Aquí ocurre la evaporación del agua hacia la atmósfera, formando nieblas o nubes, que son transportadas hacia la superficie continental, algunas veces recorriendo distancias superiores a 1.000 Km. dependiendo de las condiciones climáticas del sitio donde se establezca el agua en su estado gaseoso, puede presentarse precipitación en estado líquido (lluvia) por el proceso de condensación, ó sólido (nieve o granizo) por el proceso de sublimación.

El agua precipitada sobre la superficie terrestre puede tener varios destinos, entre ellos: la evaporación directa hacia la atmósfera por la acción del sol, el escurrimiento por la superficie terrestre hasta alcanzar y almacenarse en un cuerpo de agua (río o lago), proceso conocido como escorrentía superficial; la infiltración, la percolación (infiltración de agua hasta el nivel freático), o el escurrimiento subterráneo. Estos eventos están condicionados por los factores de origen climático y estructural del terreno, mucha de esta agua retorna así al océano completándose así todo el ciclo hidrológico.



Un normal funcionamiento del Ciclo del Agua es clave en las dinámicas terrestres ya que de él dependen las precipitaciones continentales que alimentan ríos, lagos y aguas subterráneas y que son fundamentales para el desarrollo normal de la vida en el planeta tierra.

Ilustración por John M. Evans USGS, Colorado District, la ciencia del agua para las escuelas 2004 water.usgs.gov/gotita/watercyclegraphic.html


Como puede observarse el agua pasa por sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso, ocurriendo todas las transformaciones de la materia, en el caso del paso de agua entre la tierra y la atmósfera, este se da por los mecanismos de evaporación directa, transpiración de plantas y animales y sublimación que realmente aporta muy poca cantidad de vapor de agua comparada con la que aporta el proceso de evapotranspiración (evaporación y transpiración).

Como se menciono en un principio la energía solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del agua desde los estados líquido y sólido a la fase de vapor, y también da origen de las circulaciones atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes. De otro lado, la fuerza de gravedad da lugar a la precipitación y al escurrimiento.

Es muy importante conocer que al evaporarse, el agua deja atrás todos los elementos que la contaminan o la hacen no apta para beber (sales minerales, químicos, desechos, entre otros contaminantes). Por eso, el ciclo del agua nos entrega una sustancia pura. Sin embargo, al precipitarse en estado líquido recoge muchos contaminantes de la atmósfera llevándolos hacia la superficie terrestre y ocasionando alteraciones ambientales.


1.3 EL AGUA COMO SUSTANCIA Y MEDIO ECOLÓGICO

Objetivo: Conocer las propiedades fisicoquímicas y su interacción con el medio ecológico.

1.3.1 Propiedades químicas del agua

Muchas veces se comete el error de que al pensar el agua en la naturaleza está en su estructura química H2O. La verdad es que debido a las numerables propiedades químicas, especialmente a su gran capacidad solvente, ésta se encuentra con muchos más compuestos.

Estructuralmente la molécula de agua está formada por 3 átomos: 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno, que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Los átomos de hidrógeno están cargados positivamente y el átomo de oxigeno negativamente ocasionando fuerzas de repulsión y atracción que le dando como resultado una molécula de agua en forma triangular. Esto determina que el agua tenga una alta polaridad y una ligera tendencia a ionizarse, es decir, a separarse en iones H+ y OH- en igual número, por lo que el agua puede comportarse como ácido o como base, facilitando las reacciones químicas con compuestos similares y la disolución de iones y moléculas polares, razón por la cual se considera como el solvente universal. En resumen tenemos:


Una molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua o de otras sustancias. Los puentes de hidrógeno son responsables de propiedades físicas como: cohesión, tensión superficial, alto calor específico, alto calor de vaporización, alto calor de fusión, acción capilar, capilaridad e imbibición.

Alta polaridad. Por lo que es un buen solvente para iones y moléculas polares.

Tiene una ligera tendencia a ionizarse, osea a separarse en iones H+ y OH- en igual número. Por lo que el agua puede comportarse como ácido o como base, lo que permite reacciones con similares.

Debido a las características anteriormente reseñadas, el agua posee un pH neutro, correspondiendo a 7 en la escala de unidades de pH.


1.3.2 Propiedades físicas del agua

Las propiedades físicas del agua son:

Parámetro Valor
Peso molecular
Punto de ebullición (a 1 atm de presión)
Punto de fusión (a 1 atm de presión)
Densidad a 0 °C (en estado líquido)
Densidad a 4 °C (en estado líquido)
Densidad a 100 °C (en estado líquido)
Calor de vaporización
Calor específico
Calor de fusión
Temperatura crítica
Constante crioscópica
Constante ebulliscópica
Capacidad calorífica a 15 °C
Tensión superficial a 19°C
Tensión superficial a 100°C
Velocidad de propagación de las ondas longitudinales 18,16 g/mol
100 °C
0 °C
0,99987 g/cm3
1,0000 g/cm3
0,95838 g/cm3
9,719 Kcal./mol
0,999 cal/g
1,435 Kcal./mol
374,1 C
1,859 C/1.000 g
0,51 C/1.000 g
18,0 cal/mol. °C
73,66 din/cm.
58,90 din/cm.

1,450 m/s


Las Características físicas del agua como su punto de ebullición (100 °C) y su punto de fusión (0 °C), tienen una enorme importancia en cuanto a los procesos naturales se refieren, ya que las condiciones ambientales del planeta permiten que esta se encuentre en estado líquido en las aguas superficiales de la tierra y en los tejidos de los seres vivos, estado en el cual se pueden desarrollar los procesos vitales normalmente.

La enorme capacidad calorífica del agua (18 cal/mol. °C o 1 cal/g ºC) permite almacenar gran cantidad de calor en el agua sin que su temperatura varíe bruscamente. Esta propiedad brinda una estabilidad térmica al agua impidiendo que se caliente o se enfríe rápidamente, convirtiéndose en un medio de protección de los cambios bruscos de temperatura para los seres vivos actuando como un regulador de temperatura corporal, además de ayudar a mantener el clima en la Tierra.

Al pasar de estado líquido a sólido el agua se expande, ocasionando que el sólido formado (hielo) tenga una densidad menor al agua líquida. Al ser menos denso el hielo flota en el agua líquida, propiedad que permite que las grandes masas de agua se congelen de arriba hacia abajo, lo cual permite que en clima extremadamente frío, como lo es el caso de los polos, se desarrolle vida acuática.

El calor de vaporización del agua en estado líquido es bastante alto (539.6 cal/g), lo que quiere decir que es necesario aplicar 539.6 cal para evaporar un gramo de agua, por ejemplo son necesarias 1’079.200 cal para hervir solo 2 L de agua. Esto explica que el proceso de evaporación en plantas y animales sea un proceso de enfriamiento eficiente, en el caso de los humanos es posible sentir la sensación de frescura cuando se evapora el sudor de la piel. Además, en el ciclo hidrológico los procesos de evaporación y condensación del agua favorecen a la distribución del calor en la tierra.

En los ecosistemas acuáticos es muy importante la capacidad disolvente del agua, debido a que es capaz de disolver gran cantidad y variedad de sustancias, lo que brinda la posibilidad de ser un medio de transporte eficiente de nutrientes y productos de desecho necesarios para la complementación en los ciclos biológicos. Además, esta propiedad permite que el agua también se convierta en transportadora de contaminantes en los ecosistemas hídricos.

La gran tensión superficial del agua líquida (73,66 din/cm.) se debe a la fuerza de atracción entre sus moléculas lo que permite que un líquido se contraiga, y a la gran capacidad humectante, permitiendo adherirse y recubrir a un sólido. La tensión superficial del agua hace posible el fenómeno de la capilaridad, que unido a la gran capacidad disolvente de la misma hacen posible que las plantas tomen los nutrientes necesarios para su crecimiento del suelo y el agua en el caso de las plantas flotantes.


1.3.3 El agua como medio ecológico

El agua se considera como uno de los medios ecológicos más propicios para el desarrollo de la vida, entre otros aspectos por:

Su gran capacidad de disolver gran cantidad y variedad de sustancias y su viscosidad relativamente baja que hace que fluya más fácil sobre la superficie terrestre, brindan la posibilidad de ser un medio de transporte eficiente de nutrientes y productos de desecho necesarios para la complementación en los ciclos biológicos: insectos, animales grandes, plantas, polen, semillas, etc. Un ejemplo de su eficiencia son las galerías de árboles a lo largo de algunos tramos en los ríos, que surgieron al lado de la fuente hídrica ya que el agua transporto su semilla. Además, esta propiedad permite que el agua también se convierta en transportadora de contaminantes en los ecosistemas hídricos, que como veremos más adelante es motivo de preocupación por el deterioro ambiental al que están sometidas nuestras fuentes de agua.

Los ecosistemas acuáticos albergan miles de organismos vivientes que a su vez se dividen en tres grandes grupos:

Productores o fotosintetizadotes: bacterias, algas y plantas acuáticas.

Consumidores: todos los animales acuáticos, desde los protozoos hasta los animales vertebrados superiores.

Descomponedores o mineralizadores: hongos y bacterias acuáticas.

La productividad y el balance ecológico del ecosistema acuático dependen de la acción conjunta de estos tres grupos de organismos. La distribución de vida en el ecosistema acuático no es uniforme, cada organismo está relacionado con el lugar donde habita (hábitat) y la función que desempeña (nicho) .

En las zonas templadas en los ecosistemas acuáticos como lagos sucede un fenómeno de estratificación térmica por lo que el lago queda dividido en estas zonas (para las regiones tropicales no se presentan estratificaciones térmicas duraderas) :

Epilimnio: zona limnética de temperatura relativamente alta. En esta zona ocurren dos fenómenos muy importantes uno abiótico producto de la absorción de luz en el agua que es el calentamiento y uno biótico, el más importante de todos: la fotosíntesis, proceso en el cual se produce oxígeno para el ecosistema.

Mesolimnio o termoclina: zona de transición. Aquí se presenta una diferencia térmica igual a 1°C. Hay poca transferencia entre sustancias y organismos.

Hipolimnio: zona profunda de temperatura relativamente baja. En esta zona no existe penetración lumínica.
No obstante el agua está circula al interior del lago debido a los movimientos de viento y a los cambios de densidad del agua.



No obstante la estratificación del agua, esta circula al interior del lago debido a los movimientos de viento y a cambios en la densidad del agua.


Las características físico químicas del agua y la presencia de sustancias disueltas la determinan estratificaciones, que sirven para la separación de sustancias y organismos, de tal manera que los ecosistemas acuáticos tienen alta biodiversidad. Para mayor información ver http://www.sagan-gea.org/hojared/CAgua.html


















1.4 BOSQUES Y AGUA

Objetivo: Comprender la relación existente entre bosques y fuentes de agua.



Dentro de la relación existente entre bosques, suelo y agua cada factor tiene igual relevancia: sin bosques el suelo es inestable, un suelo inestable provoca alta sedimentación en las fuentes de agua y sobra decirlo ¡Sin Agua no hay vida!
Fuente de la ilustración: cruzadabosquesagua.semarnat.gob.mx/.../026.jpg


Las fuentes hídricas o las cuencas hidrográficas no solo dependen de sus fuentes abastecedoras ni de los organismos vivos a su interior, la cobertura vegetal juega un papel muy importante, a continuación se mencionan las principales funciones:

La absorción de aguas lluvia, que al caer es asimilada por la vegetación y evaporada para la formación de agua en la atmósfera. En su proceso de escorrentía, forma ríos, arroyos, lagos y lagunas. Al infiltrarse en el subsuelo con la ayuda de árboles, arbustos, pastos etc., llega al nivel freático y acuíferos.

Tanto el bosque como el agua son protagonistas del desarrollo de la vida en los ecosistemas: el primero, por ser productor y hacer parte de gran variedad de funciones como la de servir de hábitat para numerosos organismos, la segunda por ser el líquido fundamental para la vida. Al perder los bosques disminuye la capacidad de capturar y retener agua, afectándose el ciclo natural de los ecosistemas.

Los árboles con sus profundos sistemas radicales son capaces de extraer agua de zonas profundas del suelo que se encuentra en reserva constante. Agua que es liberada paulatinamente ayudando a evitar inundaciones y sequías estaciónales.



El agua transporta nutrientes a través de los bosques y selvas, mientras que los árboles con sus sistemas radicales y sus hojas mantienen una humedad constante para que las precipitaciones sean frecuentes y alimenten a los ríos y lagos, es un ejemplo de cooperación natural que los seres humanos deberían seguir y conservar.
Fuente fotográfica: www.catie.ac.cr/.../Imagenes/bosques_agua1.jpg


Como se mencionó anteriormente, el agua tiene una función transportadora, así que si se contamina el agua que circula por el bosque, estos productos contaminantes también lo afectarán. Además, de que cuando esta agua llegue por escorrentía a corrientes de agua dañará la vida de los organismos existentes en estas.

A mayor vegetación, mayor lluvia. Cuando la humedad se condensa en baja altura, como ocurre en el bosque y selva, se incrementa la lluvia; por otro lado, en las zonas deforestadas, las nubes se forman a gran altura y son arrastradas por los vientos, lo que reduce la probabilidad de precipitación.

Los bosques actúan como barrera protectora del agua que baja por las montañas producto de la precipitación. Al eliminarlos, las probabilidades de derrumbes e inundaciones se incrementan, la capa productiva del suelo es arrastrada causando problemas ecológicos irreversibles.