Miguel Carreras

El agua, molécula de la vida

El agua, molécula de la vida

No siempre se ha considerado al agua como lo que ahora sabemos que es, un compuesto de oxígeno e hidrógeno. Cuando en la antigüedad se dieron los primeros pasos para desentrañar la constitución de la materia, Tales de Mileto propuso en el siglo VI a. C. al agua como elemento primordial y generador: todo procede de ella y da nacimiento a lo demás. Empédocles de Agrigento amplió la lista de elementos a cuatro, incorporando el aire, la tierra y el fuego. Decía Tito Lucrecio Caro en De rerum natura, en la década de los 50 de la era cristiana, sobre la lluvia: “Demostraré que muchas simientes de agua se alzan al mismo tiempo con las nubes mismas de todas las cosas y que de este modo crece a la par lo uno y lo otro, las nubes y toda el agua que hay en las nubes, como nos crece a la par a nosotros el cuerpo con la sangre, así como el sudor y, en fin, todo el líquido que hay en los miembros”.

En la Física y la Matemática se dieron  decisivos y sostenidos avances, pero la Química, lastrada por la Alquimia, tuvo un largo periodo de inacción científica, circunstancia que retrasó el cambio de paradigma en lo referente a la naturaleza del agua, que no se dilucidó hasta el siglo XVIII.

De elemento a compuesto

El destierro definitivo del agua-elemento surgió con una notable polémica, relacionada con la paternidad en un descubrimiento, similar a la que se dio en la misma época con el oxígeno y en ambos casos sobrevolando la teoría del flogisto. En 1765 Henry Cavendish – el más rico de todos los sabios y el más sabio de todos los ricos-, en plena vorágine de ensayos sobre el aire, había identificado el hidrógeno y años más tarde sería descubierto el oxígeno y fue él mismo quien consiguió en 1781, mediante la chispa eléctrica, la combinación de hidrógeno y oxígeno para dar agua. La experiencia fue repetida al poco tiempo por Pierre S.Laplace y Antoine L. Lavoisier que concluyeron que el agua es un compuesto y no un elemento. Cavendish, defensor de la, en aquel tiempo, imperante teoría del flogisto, no fue consciente de la verdadera importancia de su descubrimiento, al contrario que Lavoisier, fustigador de la mencionada teoría, que en 1785, ante la comunidad científica, descompuso el agua con hierro al rojo. Curiosamente fueron los matemáticos los científicos que más pronto aceptaron el relevante hecho. El hallazgo de la relación ponderal del H2 O se debe a Edward W. Morley.

Bautismo o baños de verano, caminos iniciáticos:/¡más adentro, más adentro, transformar radicalmente, /como el agua rigurosa de la química, /o el agua del geólogo, o del botánico, / o el agua inacabable que contempla el navegante, /el océano, la infinitud, la extensión!/-¿ y qué permanece tras lo que cambió?:/ dos hidrógenos y un oxígeno: H2 O. (versos del poema H2 O de David Jou).

La molécula del agua

La colaboración de físicos, químicos y biólogos en la incorporación de técnicas de observación basadas en radiaciones X y sincrotrón y los nuevos avances en microscopía ha permitido visualizar la materia a nivel molecular. Se sabe que, en términos químicos el agua se presenta en forma de moléculas constituidas por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlace covalente compartiendo pares electrónicos, más próximos al átomo de oxígeno, lo que le confiere polaridad y que entren en juego puentes de hidrógeno.

Esta última propiedad es la que explica algunas de sus afortunadas anomalías, como que sea líquida y no gaseosa, los elevados puntos de solidificación y ebullición y altos coeficientes dieléctrico y tensión superficial, su extraña densidad y el comportamiento diferente en cuanto a dilatación-contracción por efecto de la variación de la temperatura. Gracias a esa excepcionalidad, por ejemplo, el hielo flota en el agua y permite la vida subacuática y es referencia para definir muchas constantes y unidades físicas. Por otra parte, su alta capacidad calorífica propicia que lagos y mares cambien más lentamente la temperatura que rocas y suelo, lo que le otorga poder regulador del aire atmosférico circundante y por añadidura dicha capacidad aumenta al enfriarse, de interés para el cuerpo humano.

Cuando el agua se convierte en hielo los enlaces de hidrógeno, al revés que en estado líquido, se fraguan y forman una estructura abierta a modo de celdillas moleculares. La distribución asimétrica de las cargas en la molécula hace del agua un disolvente de sustancias polares, muy abundantes en la naturaleza.

Molécula de Agua.

Con motivo de la Exposición Internacional Zaragoza 2008 Miguel Ángel Sabadell escribió un artículo-El satélite de Júpiter, Europa, tiene una costra de hielo de entre 10 a 100 km de espesor- en el catálogo del Pabellón de España en el que decía:”¿De dónde vino el agua? Todo comenzó pocos cientos de millones de años después de la aparición de la Galaxia. Las primeras y más pesadas estrellas, con masas de decenas de soles, terminaron sus días con una impresionante deflagración, una explosión, una supernova que expulsó al espacio el contenido- átomos de carbono, , oxígeno, nitrógeno, azufre, silicio, hierro..-que había ido cocinando en su interior. Así se enriqueció el medio  interestelar, hasta entonces compuesto solo por hidrógeno y helio provenientes del Big Bang. Dejando jugar a las leyes de la química, una pequeña cantidad del oxígeno, acabó formando vapor  de agua, la molécula triatómica que más abunda en el Cosmos. Al descender la temperatura, los óxidos metálicos formaron silicatos y condensaron en granos sólidos ultramicroscópicos que el vapor de agua recubrió formando  una costra de hielo.”

El agua en nuestras vidas

El agua de lluvia contiene disueltos gases y, a veces, sustancias contaminantes del aire. También el agua marina y dulce son soluciones acuosas. Si observamos un vaso de agua hemos de saber que contiene diversos gases y moléculas disueltos, así como iones negativos y positivos. El agua es un electrolito débil (KW = 10-14).  El proceso de disociación iónica es: 2H2 O↔H3 O+ + OH. Para medir la acidez, alcalinidad o neutralidad Sören P.Sörensen introdujo el concepto de Ph= -log ⌠H3 O+⌡, de modo que para el agua y disoluciones neutras Ph= 7, en las ácidas menor que esa cantidad y en la alcalinas o básicas, superior.

El suministro de agua potable, que ha de contener una cierta proporción de sales disueltas, procede sobre todo de manantiales, ríos, lagos y perforaciones subterráneas. Para corregir las contaminaciones y librarla de gérmenes patógenos o agentes tóxicos, así como para evitar colores u olores no deseados, se utilizan las depuradoras.

Esquema depuradora.

La fácil unión del agua con el alcohol y otras sustancias conduce al vino, cerveza y variadas bebidas como refrescos, aguas minerales y medicinales, zumos e infusiones, aguas disfrazadas del placer, en definitiva.

Calentando el agua por encima del punto de ebullición, jugando con la presión, se convierte en un fluido supercrítico, un gas con propiedades de líquido. En su seno, en esas condiciones, los materiales se descomponen en moléculas más simples. Este hecho  encuentra aplicación en el tratamiento de lodos del alcantarillado. También aumenta la actividad del agua con ultrasonidos, llegando a perder uno de sus hidrógenos y convirtiéndose en el muy reactivo radical hidroxilo, propiedad que puede utilizarse en la eliminación de los CFCs.

En cuanto a la distribución en nuestro planeta, se estima que son más de 1500 millones de Km3 el volumen total en la hidrosfera y solo el 0,001 % en la atmósfera. Está presente en los tres estados de agregación, un 97% es agua salada, de la dulce el 75% está en forma de hielo en los casquetes polares y una parte de la subsuperficial es inaccesible, de modo que resta sólo un 0,05 para los distintos consumos.

Por efecto de la radiación solar, fuente energética del ciclo del agua junto a las fluctuaciones del clima y las turbulencias, la existente en la superficie terrestre se evapora masivamente y el vapor sumado al resultante de la traspiración vegetal recorre grandes distancias hacia la atmósfera. Parte de ese vapor de agua condensa formando nubes de pequeñas gotas, que con partículas de sal, polvo y humo precipitan cuando adquieren un tamaño suficientemente grande en forma de lluvia, granizo o nieve. En gran medida la precipitación tiene lugar en el mar, si bien una parte de las aguas evaporadas se deposita en la tierra como agua dulce y una porción se filtra en el suelo, resultando el agua freática. También interviene en el mantenimiento vital de animales y vegetales y como componente de células vivas. Gran parte del agua de la litosfera se dirige al mar y así se completa el ciclo.

Agua y vida

Dice el bioquímico Francisco García Olmedo: “El agua está en movimiento perpetuo, a ritmo lento en polos y glaciares y a ritmo de samba en los océanos, en tierra firme y en la atmósfera, según una estricta coreografía cíclica que rige tanto los intercambios entre éstos como el cerrado curso de corrientes frías y cálidas, que dulcifican los climas, y el sube- y-baja de las mareas, que responde al influjo lunar.(…) El brusco cambio climático, con el incremento de la sequía en unas regiones y el de la pluviosidad en otras, junto al aumento de acontecimientos meteorológicos catastróficos que se predicen, cambiará la geografía del agua y las magnitudes de los flujos en el ciclo hidrológico. Ante estos augurios, nada ayudan los cauces de tantos ríos cegados por el ladrillo o las vías costeras de comunicación que se interponen a tantas aguas que deberían dar en el mar.”
Para Jacques Monod, premio Nobel, los seres vivos seríamos una excepción cósmica. Sin embargo, otro Nobel,  Cristian de Duve, escribe: Es casi obligatorio que surgiera la vida donde se dieron las condiciones que prevalecían en nuestro planeta hace cuatro mil millones de años. Quienes aducen que la vida es un suceso altamente improbable, tal vez no hayan prestado suficiente atención a la realidad química que subyace al origen de la vida”.
Más allá de la polémica y del propio concepto de vida, sin una barrera nítida entre lo inanimado y lo vivo, es opinión admitida que la primera escena de la película de la vida se sitúa en las estrellas, que el agua existió en el material cósmico del que la Tierra se formó y que las aguas de los mares primitivos fueron el lugar donde se originaron las primeras formas de vida.

En la búsqueda de vida extraterrestre pasada y presente, a los candidatos, los satélites Titán y Europa, la Luna, Marte o a planetas extrasolares como HD209458b en la constelación Pegaso, se les exige presencia o vestigios de agua para ser firmes sus opciones. Desde la Astrobiología, se investiga en la Tierra y fuera de ella la posibilidad de microorganismos extremófilos que no precisarían del agua. Hace más de una década, observaciones telescópicas han permitido detectar planetas similares a la Tierra que presentan condiciones para poder albergar vestigios de vida. En abril de 2017 Nature publicó un trabajo en el que ha colaborado Felipe  Murgas del Instituto Astrofísico de Canarias, en que se daba cuenta del descubrimiento a 40 años-luz de la Tierra de un exoplaneta- LHS1140b- que orbita en torno a una enana roja y podría contener agua y por ende alguna forma de vida. La detección ha tenido lugar en el Observatorio ESO La Silla de Chile.

Si la vida necesita del agua, nuestro cuerpo está hecho de ella en un 65% de promedio aproximadamente. Se muere antes por su carencia que por falta de alimento. La cantidad varía con la edad, disminuyendo cuando nos arrugamos en la vejez, teniendo los hombres mayor proporción que las mujeres. Casi dos tercios del total es intracelular y en la sangre está en un 6,3%. Pero también hay pérdidas que hay que recuperar: con la orina eliminamos al día unos 1,5 litros, con el sudor 0,5, igual que en la respiración. Para la reposición aparece la sed y bebemos, pues no somos capaces de almacenar agua de un día para otro. Las necesidades humanas son de 2 a 4 litros diarios, contenidos en buena parte en alimentos, como verduras, frutas y leche, además de la resultante de la oxidación de otros. Sus propiedades permiten utilizarla, además de para calmar la sed,  para el aseo y la limpieza doméstica.

Es indispensable en el transporte y la agricultura y sirve como fuente y medio de transferencia de energía, lo que ha potenciado el desarrollo industrial con las centrales hidroeléctricas y las máquinas y turbinas de vapor.

 

Torre del Agua de la Expo de Zaragoza 2008

Se ha dicho de ella que será como el petróleo del siglo XXI, pero la intervención del hombre, especialmente en los cauces, el aumento creciente de la demanda por el incremento demográfico y el uso y consumos descontrolados, insolidarios e irracionales han hecho saltar las alarmas a los sectores más informados de la sociedad que temen la insostenibilidad del sistema. Más de 1.000 millones de personas carecen de acceso a agua limpia y unos 2.500 millones no la tienen saneada. Es una incógnita a resolver  y en su caso solucionar la capacidad de subsistencia de las poblaciones a las prolongadas sequías que, con el calentamiento global, se estima que no solo afectarán a la disponibilidad de agua, sino también a su calidad y a los servicios ecosistémicos.  (*)

Como resultado de las reflexiones ciudadanas al respecto surge una corriente de opinión denominada nueva cultura del agua que ha calado en amplios sectores a nivel mundial. Asumiendo muchos de sus postulados la Tribuna del Agua se elaboró la Carta del Agua, documento redactado por expertos tras la Expo Zaragoza  2008. Debía ser entregada a Naciones Unidas junto a la solicitud de creación de una Agencia Mundial del Agua y recogía una serie de recomendaciones a los ciudadanos y a los poderes públicos.

 

Agua y cultura

El agua es parte del patrimonio cultural, que debería ser bien público no especulativo,  porque va más allá de una fórmula o de una molécula de interés químico, físico, geológico y biológico. Es un alimento que no engorda y es indispensable en la gastronomía, en las sopas frías y calientes, cocidos, guisos, gazpachos, infusiones, sorbetes y un largo etcétera.

También el agua ha sido musa e inspiración de pintores, escultores, arquitectos, cineastas, poetas y literatos y está presente en múltiples manifestaciones culturales, sean humanísticas, científicas o artísticas y en todo momento histórico y lugar del mundo.

En el cine tienen interés Chinatown de Roman Polanski, Acción civil de Steven Zaillien, Erin Brockovich  de Steven Sodenberg y  También la lluvia de Iciar Bollaín.

[Las 10 mejores películas sobre el Agua]

En el pasado, en el presente y en el futuro aparece el agua en la cultura, aquí sí universal e inagotable. Aguanieve, agua bendita, milagrosa, del carmen, de rosas, de colonia, de lavanda…, agua destilada, agua fuerte, agua pesada, agua oxigenada, aguas duras y blandas, aguas sépticas, corrompidas, negras, turbias, tuertas, claras, cristalinas, bravas, revueltas, salvajes…, aguas tratadas, filtradas, radiactivas, amónicas, carbonatadas, ferruginosas, sulfurosas, termales…, ¡agua va!, ¡agua!… Y tantas aguas, casi infinitas, imposibles de ser contenidas en el mayor recipiente imaginado.

Mario Benedetti compuso estos versos (Poema al agua):

La del grifo, la mineral, la tónica/ la del río, la dulce, la salada/ la del arroyo, la del mar, la regia/la de las cataratas, la del pozo./Toda el agua del mundo es una abuela/ que nos cuenta naufragios y regatas/ que nos moja la sed y da permiso/ para seguir viviendo otro semestre.

Escribió Iván Illich en H2 O y las aguas del olvidoA través de la historia, el agua ha sido materia que irradia pureza, materia de la que depende la supervivencia humana. H2 O y agua se han convertido en opuestos. El  H2 O es creación social de los tiempos modernos, un recurso escaso que requiere un manejo técnico. Es un fluido que ha perdido la capacidad de reflejar el agua de los sueños.”

 

(*)  Documental A world without water.

(**). La fotografía de portada está tomada en los Pirineos franceses, cerca del Aubisque.

(***) Este artículo, reducido y sin fotos, se publicó en Diario de Teruel.

 

Miguel Carreras Ezquerra. Asociación Ciencia Viva.

 

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