MOVIMIENTO CÍCLICO DEL AGUA Y SU DISPONIBILIDAD CUALITATIVA Y CUANTITATIVA EN EL MUNDO
Valentín Vásquez
Oaxaca, México
valeitvo@yahoo.com.mx
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1. Introducción
El agua es una de las
sustancias fundamentales para el origen y permanencia de la vida en la Tierra. En
su dimensión espacial en el planeta, el agua coexiste en diferentes regiones
del Mundo, en sus tres estados físicos –sólido, líquido y gaseoso- dependiendo
de las condiciones térmicas. Si la temperatura es mayor de 0°C hasta 100°C, el agua se presenta en estado líquido –como es el caso de los océanos-;
si la temperatura es mayor de 100°C el agua adquiere el estado gaseoso –como es
el caso de la atmósfera-; y, si la temperatura desciende a 0°C o menos, el
agua se transforma en hielo –como es el de los glaciares-. En su dimensión
temporal, el agua apareció junto con la Tierra hace 4500 millones de años, pero
dado que la temperatura del joven planeta era muy elevada –mayor de 1000°C-, el
agua solo existía en la atmósfera –aire- en estado gaseoso, es decir como vapor
de agua. La temperatura gradualmente se redujo –enfriamiento- hasta un valor en
el que la atmósfera ya no tuvo la capacidad de almacenar más vapor de agua,
dando origen a la condensación del agua en estado gaseoso, proceso físico que
dio origen a las nubes y con éstas lluvias torrenciales, cuyos escurrimientos se
acumularon en las enormes cuencas que dieron
origen a los océanos. Estos, por acción de la energía solar, producen la
evaporación del agua líquida para convertirla en vapor que se mueve a la
atmósfera, con lo que se cierra el ciclo del agua, al retornar a su punto de
partida: el estado gaseoso.
Tanto en su dimensión espacial y temporal, los tres estados físicos del agua que coexisten y se suceden, son el resultado de cambios graduales -aumento o disminución de la temperatura-, que al rebasar un límite extremo inferior o superior, produce un cambio violento que da origen a un nuevo estado físico del agua: si la temperatura del agua alcanza los 100°C, el agua en estado líquido se transforma bruscamente en vapor que se acumula en la atmósfera; si la temperatura disminuye a 0°C, el agua líquida se convierte repentinamente en agua sólida -hielo-; los tres casos en los que se producen los cambios de estado del agua, son resultado del aumento o disminución gradual de la temperatura, hasta un límite que si rebasa se produce un salto -cambio brusco- con el que aparece un nuevo estado físico del agua -nueva cualidad- que releva al anterior estado del agua. En suma el movimiento del agua por sus tres estados físicos, es la unidad contradictoria de la cantidad -cambios graduales- y la cualidad -cambios bruscos-.
Tanto en su dimensión espacial y temporal, los tres estados físicos del agua que coexisten y se suceden, son el resultado de cambios graduales -aumento o disminución de la temperatura-, que al rebasar un límite extremo inferior o superior, produce un cambio violento que da origen a un nuevo estado físico del agua: si la temperatura del agua alcanza los 100°C, el agua en estado líquido se transforma bruscamente en vapor que se acumula en la atmósfera; si la temperatura disminuye a 0°C, el agua líquida se convierte repentinamente en agua sólida -hielo-; los tres casos en los que se producen los cambios de estado del agua, son resultado del aumento o disminución gradual de la temperatura, hasta un límite que si rebasa se produce un salto -cambio brusco- con el que aparece un nuevo estado físico del agua -nueva cualidad- que releva al anterior estado del agua. En suma el movimiento del agua por sus tres estados físicos, es la unidad contradictoria de la cantidad -cambios graduales- y la cualidad -cambios bruscos-.
Con la aparición de la
vida hace 3500 millones de años, en la que los océanos desempeñaron un papel
fundamental, conjuntamente con la atmósfera y la litosfera continental. La
atmósfera primitiva, compuesta principalmente por vapor de agua, amoniaco y metano, así como los gases aportados por las fuentes termales; con la energía aportada por la radiación solar y las fuentes termales, generaron reacciones químicas, que produjeron compuestos orgánicos –aminoácidos y otros compuestos orgánicos-, que al combinarse con las sales
minerales provenientes de las rocas continentales y oceánicas y depositadas en los océanos, dieron origen a los diversos
compuestos orgánicos esenciales para la vida, destacando los
fosfolípidos que en su interacción con el agua de los océanos, dio como
resultado la formación de la membrana celular, y con ésta surgió el rasgo más general y esencial de la vida: el intercambio de materia y energía con el medio ambiente, del que se deriva el metabolismo, proceso contradictorio que mueve y conserva la vida.Con la vida apareció otro proceso del ciclo hidrológico: la
transpiración, que junto con la evaporación física contribuye al aporte de agua
en estado gaseoso a la atmósfera. Así pues, con la vida apareció la transpiración, un proceso del ciclo hidrológico que consiste en la evaporación biológica que aunada a la evaporación física de los cuerpos de agua líquidos -océanos, lagos, ríos, etc.- dio origen a un nuevo proceso del ciclo del agua conocido como evapotranspiración, cuya función es aportar agua en estado gaseoso a la atmósfera.
La importancia del ciclo
de agua para la vida es fundamental, de lo contrario el agua ya se hubiera
agotado y la vida ya se hubiera extinguido.
2. Marco de referencia teórico
El marco de referencia
teórico que orienta el presente escrito son las leyes universales de la
dialéctica descubiertas y expuestas por Hegel en su Ciencia de la lógica entre
1812 y 1816.
La ley del tránsito
recíproco de la cantidad y la cualidad, la expone en la primera parte de su
obra: en la doctrina del ser. Este en su movimiento se da una existencia como
ser finito. El ser finito está constituido por la unidad contradictoria de la
cantidad y la cualidad. Esta es idéntica al ser, por consiguiente, en su
movimiento cuantitativo se conserva hasta cierto límite, que si se rebasa, se
transforma en una nueva cualidad. El rango en el que se mueve la vieja
cualidad, se conoce como medida, de tal forma que la cualidad mientras se mueva
en los límites que definen a la cualidad, permanece, pero si se rebasa, se
produce un salto –cambio brusco-, a través del cual la vieja cualidad es
relevada por una nueva cualidad. Así pues, la ley del tránsito recíproco de la
cualidad y la cantidad, establece que todos los objetos, se mueven, es decir,
son procesos, que cambian gradualmente, hasta que se produce un cambio
repentino, con el aparece una nueva cualidad. En suma el movimiento es la
unidad de la cantidad y la cualidad, de la continuidad, discontinuidad, de la
evolución y la revolución, etc. Se aplica, cuando se analiza cualquier objeto
de estudio en su movimiento y tiene carácter universal.
La ley de la
contradicción, la expone en la segunda parte de su lógica, en la doctrina de la
esencia, que resulta de la negación de la doctrina del ser, al rebasarse la
medida. La ley de la contradicción es la más importante, ya que establece que
todos los objetos del universo, son la unidad de aspectos o tendencias
contradictorias, cuya interacción produce el movimiento de la materia, es
decir, la contradicción constituye la “fuerza” motriz que mueve a la materia.
Al igual que la ley del tránsito recíproco de la cantidad y la cualidad, la ley
de la contradicción tiene naturaleza universal, por consiguiente, opera en la
naturaleza, la sociedad y el pensamiento. En suma, la ley de la contradicción,
es el “alma” de la dialéctica.
La ley de la negación de
la negación –naturaleza cíclica-, la expone en la tercera parte de su obra:
doctrina del concepto. En esta parte, se supera, a través de la segunda
negación, la esencia, para ser relevada, por una nueva cualidad: el concepto.
Este constituye la “célula” del pensamiento y representa un salto –cambio
cualitativo- al pasar de la esencia a la esfera del pensamiento –el concepto-,
con lo que se retorna al punto de partida, el ser abstracto, del cual parte el
análisis de Hegel, después de la doble negación. La ley de la negación, es el
resultado de la negación recíproca del ser y la esencia.
Si bien es cierto que las tres leyes de la
dialéctica descubiertas y expuestas por Hegel en su Ciencia de la Lógica, también son inherentes a la realidad material, ya que un pensamiento libre de su contenido material, no es posible; por consiguiente; operan en el universo, es decir, en la naturaleza, la
sociedad y el pensamiento.
La naturaleza dialéctica de las leyes universales descubiertas por Hegel, se muestran en la imagen siguiente.
Imagen 1. Naturaleza cíclica de las leyes de la dialéctica y su expresión matemática: (-) (-) = (+)
En la imagen, también es evidente la expresión matemática de la negación de la negación, resultado de la supresión recíproca las tendencias contradictorias inherentes a los procesos materiales y lógicos: (-) (-) = (+).
Como lo general
parcialmente está en lo particular –singular-, por consiguiente, las leyes
universales de la dialéctica orientan la comprensión racional de todos los
problemas inherentes a las ciencias particulares. De lo contrario, se mueve uno a “ciegas” en el complejo mundo
de la ciencia.
3. Naturaleza cíclica del movimiento del agua
En el universo todos los
procesos son cíclicos. El agua no es la excepción. El ciclo hidrológico es el
movimiento periódico repetitivo del agua que se desarrolla en la Tierra como
espacio físico geográfico. Así el movimiento del agua se desarrolla temporal y
espacialmente. En el tiempo se desenvuelve como una sucesión de los tres estados físicos del agua -gas, líquido y sólido-, estados que son negados por los procesos del ciclo, como son la evapotranspiración, condensación, precipitación, infiltración y
escurrimiento; en el espacio, el agua coexiste e interacciona con la
atmósfera, la superficie terrestre y la biósfera.
El ciclo del agua, sus estados físicos y los procesos que lo integran, se muestran en la imagen mostrada en seguida.
Imagen 2. Naturaleza cíclica del movimiento del agua en la Tierra -espacio-
a).
Evapotranspiración. Este es un proceso biofísico que consiste en la
transformación del agua almacenada en los cuerpos de agua al estado gaseoso y
de la transpiración biológica producida por los organismos vivos. La humedad
convertida en vapor en este proceso es aportada básicamente por el proceso de
infiltración que temporalmente antecede a la evapotranspiración. El agua en
estado gaseoso que se produce en el proceso de evapotranspiración se mueve a la
atmósfera.
b). Condensación y nubosidad. La condensación es un proceso físico que consiste en la conversión del agua en estado gaseoso al estado liquido y/sólido, dependiendo de las condiciones térmicas. Si la temperatura del aire desciende a 0°C el vapor de agua se transforma en agua en estado sólido –hielo-. Si la temperatura del aire disminuye sin llegar a 0°C y se produce la saturación de humedad de la atmósfera, el excedente de vapor de agua que rebasa la capacidad de saturación del aire se convierte en agua en estado líquido. Así pues, para que se produzca la condensación se requiere enfriamiento. Este puede ocurrir por la dinámica de la atmósfera a escala planetaria y por la influencia de los factores del clima, entre los que destacan el relieve estrechamente asociado a la cuenca hidrográfica. El resultado del proceso de condensación, es la formación de las nubes. Estas son aglomeraciones de agua en estado líquido y/o sólido de naturaleza coloidal –micro-partículas-, que dada su pequeñez flotan en la atmósfera.
c). Precipitación. Sin las nubes no hay precipitación. La formación de las nubes es una condición necesaria para que ocurra la precipitación, pero no suficiente, pues muchas veces hay presencia de nubes y no se presenta la precipitación, debido a la influencia de otros factores. Para que ocurra la precipitación es necesario que las gotas de agua en estado sólido y/o líquido, que dada su naturaleza coloidal están en constante movimiento produciendo choques entre las mismas, a tal grado que se fusionan para formar partículas más grandes, hasta llegar el momento en que alcanzan una magnitud que permite que la fuerza de gravedad de la superficie terrestre las haga precipitar de las nubes a la superficie terrestre. Con la precipitación se cierra el movimiento cíclico del agua.
d). Infiltración y escurrimiento. En su movimiento el agua precipitada se transforma en infiltración y escurrimiento. La infiltración consiste en la velocidad con que penetra el agua en el suelo y se almacena en los poros del mismo. Una vez que son cubiertas las necesidades de infiltración del suelo, el excedente de humedad se convierte en escurrimiento. Este es el movimiento del agua en la red de drenaje de las cuencas continentales y se concentra en corrientes superficiales y subterráneas y finalmente se mueve a las cuencas oceánicas para almacenarse como agua líquida.
La
energía que mueve al ciclo hidrológico es la procedente del Sol en forma de
calor -expansión-. En realidad se trata de una infinidad de proyectiles
–fotones- producidos por las explosiones nucleares en el interior de nuestra
estrella más cercana, que desde su formación hace aproximadamente unos 4,600
millones de años, está quemando cada segundo 500 millones de toneladas de
hidrógeno que al fusionarse produce 496 millones de helio y 4 millones de
energía que nos envía en forma de luz. Esta es de naturaleza corpuscular y
ondulatoria. Se trata de micro-partículas –fotones- que se mueven
ondulatoriamente. La primera barrera que encuentran a su paso es la atmósfera.
Esta es una mezcla de gases que es retenida alrededor de la superficie
terrestre por la fuerza de gravedad y sirve de filtro a la radiación solar. En
su parte superior se quedan las radiaciones más potentes, principalmente los
rayos gama y los rayos x, el resto de radiaciones, especialmente las
ultravioleta se consumen en la mesosfera y la estratosfera.
Finalmente, solamente llega a la superficie terrestre, la radiación visible –del azul al rojo- que al interaccionar –golpear- con el agua líquida, principalmente de los océanos y cuerpos de agua de las cuencas continentales, les transfiere energía –capacidad de movimiento- a las moléculas de agua líquida para liberarlas a la atmósfera -aire- en estado gaseoso. El aire en su movimiento se enfría –contracción- para producir las nubes por la condensación del vapor y con ello las nubes, que posteriormente generan precipitaciones en forma líquida y/o sólida, que se depositan en las cuencas en las cuencas continentales y oceánicas. En este sentido, es la contradicción repulsión vs contracción la que mueve al agua en su movimiento cíclico.
Finalmente, solamente llega a la superficie terrestre, la radiación visible –del azul al rojo- que al interaccionar –golpear- con el agua líquida, principalmente de los océanos y cuerpos de agua de las cuencas continentales, les transfiere energía –capacidad de movimiento- a las moléculas de agua líquida para liberarlas a la atmósfera -aire- en estado gaseoso. El aire en su movimiento se enfría –contracción- para producir las nubes por la condensación del vapor y con ello las nubes, que posteriormente generan precipitaciones en forma líquida y/o sólida, que se depositan en las cuencas en las cuencas continentales y oceánicas. En este sentido, es la contradicción repulsión vs contracción la que mueve al agua en su movimiento cíclico.
El
carácter cíclico del comportamiento del agua en la naturaleza, se debe a la
doble negación por la que pasa en su movimiento cíclico: la primera negación se
produce cuando los cuerpos de agua líquida –principalmente océanos y lagos-,
así como el agua contenida en los organismos vivos, por el proceso biofísico
conocido como evapotranspiración se convierte en agua en estado gaseoso que se
libera a la atmósfera; la segunda negación se debe a la transformación del
vapor de agua al estado líquido y/o sólido, como resultado del proceso de
condensación, cuando la atmósfera se enfría para formar las nubes –agua en estado
líquido y/sólido-; con las nubes se genera la precipitación y escurrimiento que se almacena en
los cuerpos de agua –océanos y lagos fundamentalmente- y en los organismos vivos
–principalmente plantas y animales; así retorna al punto de partida con lo
que se cierra el ciclo hidrológico. La importancia de la naturaleza cíclica del
movimiento del agua radica en su renovación permanente de sus tres estados
físicos- líquido, sólido y gaseoso- con lo que hace posible la vida, de lo
contrario ya se hubiera agotado y con ello la vida se hubiera extinguido en la
faz de la Tierra.
La naturaleza unidireccional del movimiento cíclico del agua implica su irreversibilidad, aspecto de trascendental importancia, que permite explicar la secuencia temporal de los procesos del ciclo hidrológico. Los procesos descritos no coexisten simultáneamente en la cuenca como escenario espacial, más bien se suceden temporalmente.
En síntesis el ciclo hidrológico es el movimiento cuantitativo y cualitativo del agua. El agua en estado líquido almacenada en los cuerpos de agua se calienta -expansión- por la acción del calor procedente del Sol, de tal forma que gradualmente aumenta su temperatura hasta un valor en el que deja ser líquida para convertirse en agua en estado gaseoso, es decir, se ha producido un cambio cualitativo: el liquido se ha transformado en vapor. El vapor de agua almacenado en la atmósfera, por la dinámica del aire, particularmente su ascenso genera enfriamiento -contracción- y con ello la condensación del vapor de agua para formar las nubes, que dependiendo de la temperatura la condensación puede ser líquida o sólida. Si la temperatura del aire está por arriba de punto de congelación el vapor de agua se convierte en agua líquida, si la temperatura de la atmósfera es de 0°C o menor, el vapor de agua se convierte en agua en estado sólido. En ambas condiciones, se ha producido cambios cualitativos con los que el vapor de agua cambia cualitativamente a su estado líquido y/gaseoso. Así pues, el movimiento del agua no solo es de naturaleza cíclica, como se ha descrito anteriormente, también es la unidad contradictoria de la cantidad y la cualidad.
Adicionalmente, en la imagen descrita se observa la expresión matemática del ciclo del agua, consecuencia de la doble negación: el agua líquida de los cuerpos de agua es primeramente negada por la evapotranspiración, en seguida, se produce la segunda negación con la condensación al transformar el vapor de agua en agua líquida y/sólida almacenada en las nubes, que por los procesos de precipitación y escurrimiento el agua retorna a su punto de partida: los cuerpos de agua en los que se almacena en estado liquido. Matemáticamente la doble negación se expresa en la forma siguiente: (-) (-) = (+), ley fundamental de los signos.
4. Discusión
Inicialmente la totalidad del agua en estado gaseoso de la Tierra primitiva estuvo almacenada en la atmósfera, debido a las elevadas temperaturas -mayores de 1000°C- . Posteriormente, al disminuir la frecuencia de los impactos de meteoritos, asteroides, cometas, etc. la temperatura disminuyó lo que generó enfriamiento por abajo del punto de ebullición del agua, proceso físico que provocó la condensación -cambio de vapor a líquido- del vapor de agua concentrado en la atmósfera primitiva y con ello la formación de las nubes, que al precipitar en la superficie terrestre y con el consecuente escurrimiento el agua líquida se movió a las depresiones en las que se almacenó dando origen a la hidrosfera, hace aproximadamente unos 4,400 millones de años todavía en la infancia de nuestro planeta, por consiguiente, se trataba todavía de agua dulce, dada la incipiente meteorización de las rocas de la litosfera. Así pues, el vapor de agua de la atmósfera, pasó en su mayor parte a su estado líquido almacenada en la hidrosfera principalmente los océanos, produciéndose así la primera negación: el paso del agua del estado gaseoso a su estado líquido. Con el agua líquida almacenada en la hidrosfera, se produjo la condición necesaria para el surgimiento de la vida, con el concurso de los gases de la atmósfera -metano y amoniaco principalmente-, minerales aportados por la litosfera que por acción de los escurrimientos se depositaron en los océanos primitivos, así como minerales derivados de las fuentes hidrotermales de los océanos, compuestos inorgánicos que al interaccionar químicamente, dieron origen a compuestos orgánicos complejos: carbohidratos, lípidos -principalmente fosfolípidos-, proteinas y ácidos nucleicos, que al interaccionar con el agua, especialmente los fosfolípidos, dieron origen a la membrana y con ésta aparece la vida primitiva hace 3,500 millones de años. Con la vida primitiva -biosfera- aparece la evaporación biológica -transpiración- que fusionada con la evaporación física dio origen a la evapotranspiración, proceso del ciclo que genera la segunda negación: el paso del vapor de agua contenido en la atmósfera al estado gaseoso; es decir, se ha producido la negación de la negación, cuya expresión matemática es (-) (-) = (+) para retornar al punto de partida: el vapor de agua almacenado en la atmósfera.
La dinámica de la hidrosfera -corrientes marinas-, es esencial para el clima, ya que las corrientes marinas cálidas que se originan en las regiones tropicales en las que la radiación solar incide verticalmente y al desplazarse a los polos transfieren calor y humedad a la atmósfera -vapor de agua- que dado el menor calentamiento debido a la geometría esférica de la Tierra, el vapor de agua se solidifica por el enfriamiento y precipita en forma de nieve que al compactarse da origen a los glaciares. Este proceso se presenta en menor escala en regiones montañosas de mayor altura.
Es importante mencionar que dada la edad de la Tierra, la calidad del agua se ha alterado de tal manera que por el prolongado aporte de minerales por las rocas de la litosfera, debido al intemperismo, en la actualidad la salinidad de los océanos es considerable, a tal grado que no es apta para el uso humano.
En síntesis, el agua en su movimiento se ha transformado del estado gaseoso al líquido y al sólido, de tal forma que en la actualidad coexisten espacialmente los tres estados físicos en diferentes proporciones, tal como se muestra en la siguiente imagen.
Imagen 3. Cantidad y calidad del agua en nuestro planeta
A pesar de que la cantidad de agua almacenada en la atmósfera en su estado gaseoso -0.001% es insignificante, cualitativamente es de trascendental importancia, ya que es la fuente de agua dulce que el ciclo de forma natural aporta al aire y que por la dinámica de la atmósfera, se condensa para formar las nubes que al precipitar a la superficie terrestre se convierte en infiltración y escurrimiento que se almacenan en los cuerpos de agua continentales, que son la fuente de agua dulce para la sociedad humana.
5. Conclusiones
Las leyes de la dialéctica son universales, ya que operan en la naturaleza, la sociedad y el pensamiento.
La ley del tránsito recíproco de la cantidad y la cualidad se aplica cuando se analiza el movimiento de los objetos de estudio.
La ley de la contradicción es la principal y constituye la “fuerza” motriz que mueve a la materia y al pensamiento.
La ley de la negación de la negación –naturaleza cíclica- es la síntesis de las dos anteriores y, es resultado de la negación recíproca de las tendencias contradictorias inherentes a los objetos materiales.
El carácter cíclico del comportamiento del agua en la naturaleza, se debe a la doble negación por la que pasa en su movimiento cíclico: la primera negación se produce cuando los cuerpos de agua líquida –principalmente océanos y lagos-, así como el agua contenida en los organismos vivos, por el proceso biofísico conocido como evapotranspiración se convierte en agua en estado gaseoso que se libera a la atmósfera; la segunda negación se debe a la transformación del vapor de agua al estado líquido y/o sólido, como resultado del proceso de condensación, cuando la atmósfera se enfría para formar las nubes –agua en estado líquido y/sólido-; con las nubes se genera la precipitación y escurrimiento que se almacena en los cuerpos de agua –océanos y lagos fundamentalmente- y en los organismo vivos –principalmente plantas y animales; así retorna al punto de partida con lo que se cierra el ciclo hidrológico.
Las fuerzas contradictorias que mueven al ciclo del agua son: el calor -repulsión- que produce la evapotranspiración y el frío -contracción- que la condensación.
La importancia de la naturaleza cíclica del movimiento del agua radica en su renovación permanente de sus tres estados físicos- líquido, sólido y gaseoso- con lo que hace posible la vida, de lo contrario ya se hubiera agotado y con ello la vida se hubiera extinguido en la faz de la Tierra.
6. Bibliografía
Hegel. 1812-1816. Ciencia de la Lógica. Traducción de Mondolfo Rodolfo (1960). Buenos Aires, Argentina.
Internet.
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