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Agua: el líquido imprescindible 
Ricardo Pérez Peña
Palabras clave: agua, vida, naturaleza, ciencia, humanidad.
Resumen
¿Te has preguntado qué relación hay entre la física, la química, la biología, las
ingenierías e incluso otras disciplinas del conocimiento? Después de meditar un
rato esa pregunta, uno se da cuenta que son inagotables las relaciones entre
ellas. Sin embargo, es posible responder esa cuestión si todo gira en torno a algo
particular, por ejemplo, el agua, que la encontramos hasta en la sopa. 
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La molécula de este líquido se forma de dos átomos de hidrógeno y uno de
oxígeno. Con ello se pone sobre la mesa la relación entre la química con la física.
Por otro lado, sabemos que el agua es esencial para la vida y, así entra en escena
la biología. Otras disciplinas como las ingenierías hacen acto de presencia cuando
se desea resolver un problema fundamental: abastecer de agua potable a una
ciudad. Incluso el agua es central para la economía, ya que se utiliza en la
producción de alimentos y de otros bienes y servicios. Esto nos lleva a pensar en
los efectos de nuestras actividades en el medio ambiente, la contaminación de
ríos, mares y otros cuerpos de agua, los cuales se pueden estudiar con ayuda de
varias disciplinas de las ciencias y humanidades.
El planeta azul
Cuando observamos una imagen de la Tierra vista desde el espacio exterior,
apreciamos que la mayor parte de su superficie es azulada ¡cómo si fuera una
gota de agua! Los océanos de nuestro planeta cubren un área de 360 millones
km2 y poseen un volumen igual a 1,300 millones km3, que equivale al 97% del
agua en el globo. Del porcentaje restante únicamente el 0.027% es agua dulce de
fácil acceso para los seres vivos.
Además, la cantidad de agua en forma de vapor que contiene la atmósfera es
aproximadamente de 6,000 km3. Sabemos que bajo ciertas condiciones el agua se
condensa para formar la lluvia o bien copos de nieve. Anualmente llueve en todo
el mundo una cantidad cercana a 225,000 km3 de agua, equivalentes al agua que
tendrían cerca de cinco mil billones de personas adultas en su cuerpo.
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Figura 1. Representación del ciclo del agua. Imagen obtenida de la dirección electrónica:
https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_hidrol%C3%B3gico#/media/Archivo:Ciclo-del-agua.jpg
Después de las lluvias el agua regresa a la atmósfera en estado gaseoso. Se
estima que, durante todo el año, el ciclo hidrológico se repite cerca de 37 veces y
aproximadamente el 75% del total de las lluvias cae en el mar. Gran parte de la
evaporación del agua sucede en los océanos, que abarcan cerca del 71% de la
superficie terrestre. La radiación solar provee la energía necesaria para que eso
suceda. El vapor de agua tiene una densidad muy baja, razón por la cual se eleva
y forma las nubes con gotas del tamaño de una cienmilésima parte de metro.
Cuando baja la temperatura, las gotas comienzan a agruparse hasta aumentar
100 veces su tamaño, es entonces cuando caen a la tierra. Con el agua de lluvia
se alimentan ríos, lagos, así como todas las plantas que producen el oxígeno vital
para nuestra existencia. 
Cerca del 70% del agua de lluvia se evapora nuevamente para repetir el ciclo. El
porcentaje restante se mantiene en los glaciares, ríos, lagos y en el subsuelo. Un
dato importante de saber es que sólo podemos acceder de modo directo al
0.003% del total de agua dulce en la Tierra; de esa cantidad se utiliza el 75% para
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https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_hidrol%C3%B3gico#/media/Archivo:Ciclo-del-agua.jpg
producir los alimentos que consumimos. El resto se emplea en industrias como la
minería o para consumo humano.
Agua = vida
Es común ver cómo reverdece la tierra cuando llega la lluvia. Las plantas de
nuestro planeta convierten anualmente cerca de 50,000 millones de toneladas de
carbono en carbohidratos por medio de la fotosíntesis. Con ello proveen de
alimento a una gran diversidad de organismos, entre ellos los seres humanos. Las
plantas de todo el mundo utilizan una gran cantidad de energía solar; se estima
que durante un año emplean 10,000 trillones de Joules al realizar la fotosíntesis.
Para tener una idea de lo anterior, es útil saber que el consumo mundial
aproximado de energía eléctrica en 2014 fue de 700,000 trillones de Joules. Es
decir que la energía que consumen las plantas equivale a aproximadamente a
cinco días de la energía eléctrica que gastó la humanidad en dicho año. 
Las plantas además producen oxígeno durante la fotosíntesis al descomponer
50,000 millones de toneladas de agua. El proceso comienza cuando la clorofila de
las plantas absorbe la energía luminosa. Posteriormente se produce un proceso de
oxidación en donde dos moléculas de clorofila ceden dos electrones, los cuales se
recuperan cuando se oxida el agua. En la oxidación de la molécula de agua se
separa el oxígeno de los átomos de hidrógeno, los cuales se almacenan para la
producción de ATP, molécula fundamental en el proceso de producción de energía
celular. En la oxidación de las moléculas de agua se juntan los átomos de oxígeno
para formar O2 que es desechado a la atmósfera. Cabe señalar que de todas las
sustancias necesarias para el proceso cíclico de la vida, sólo el agua está presente
en grandes cantidades que hacen posible la existencia de una gran diversidad de
organismos. Así como existe un ciclo hidrológico en la naturaleza, existe un
subciclo hidrológico para los seres vivos, con lo cual se hace evidente la relación
que tenemos con el medio ambiente.
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Figura 2. Imagen del subciclo hidrológico que muestra la participación de las plantas y los
animales con el medio ambiente. Figura traducida de la referencia 2.
El agua es fundamental para que sea posible la vida. Los seres humanos en edad
adulta tienen entre el 65 y 70% de este líquido. Además, cerca de la mitad de
nuestras células se compone de agua, las cuales se aíslan por medio de una
membrana que controla el flujo de sustancias del interior al exterior y viceversa.
Esta estructura está formada por moléculas con dos extremos, uno que es afín al
agua y el otro que la repele. Es gracias a esta propiedad que se agrupan estas
moléculas para delimitar a las células y, con la aparición de la membrana celular
comenzó el desarrollo de organismos cada vez más complejos.
El agua tiene propiedades físicas que la hacen una sustancia única para los seres
vivos. A continuación se verá una de estas propiedades relacionada con la energía
en forma de calor que se debe suministrar a una sustancia para elevar su
temperatura un grado centígrado. Al calentar un objeto se transfiere energía a él
y como consecuencia aumenta su temperatura. Por la experiencia cotidiana
sabemos que este incremento no es igual para todos los materiales. Por ejemplo,
sabemos que al calentar un trozo de metal y un trozo de madera, el aumento de
temperatura será más rápido en el primer caso.
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Para algunos materiales es más fácil incrementar la temperatura a medida que
reciben más calor. En palabras coloquiales, "será más fácil calentar algo cuando
su temperatura es más alta". Lo anterior no se cumple para el caso del agua, ya
que cerca de los 0°C es más difícil aumentar su temperatura, mientras que cerca
de los 37°C es más fácil incrementarla al proporcionarle calor. La consecuencia de
esta propiedad del agua es fundamental para los seres vivos, pues nuestra
temperatura corporal ronda entre los 36.5 y los 37.5 °C. Por ejemplo, si hacemos
ejercicio aumenta la temperatura de nuestro cuerpo y nuestro sudor en la piel se
calienta conmayor facilidad. Nuestro cuerpo le transfiere el exceso de calor a la
piel y el sudor se evapora haciendo disminuir la temperatura del cuerpo.
Figura 3. En la figura se observa que a bajas temperaturas el calor que se debe suministrar para
aumentar la temperatura del agua es mayor en comparación con una temperatura cercana a los
40 °C, en que se necesita poco calor, una manifestación de la energía, para aumentar su
temperatura. A temperaturas por encima de los 40 °C aumenta el calor específico. Figura
traducida de la referencia 4.
Por otro lado, encima de los 37 °C comienza a dificultarse el aumento de la
temperatura del agua al transferirle calor. Esta característica se incrementa a
mayores temperaturas, hasta que llega a los 100 °C, temperatura a la que se
evapora a nivel del mar. Esta característica es crucial para la vida ya que, en el
caso de los seres humanos, dificulta la evaporación del agua de nuestro
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organismo por encima de los 37 °C y, por lo tanto, evita la deshidratación. Por si
esto no fuera suficiente, el agua es buena conductora del calor. Como
consecuencia, las partes del cuerpo con mayores temperaturas pierden calor con
rapidez y la sangre que circula por nuestro cuerpo lo transfiere a partes más frías,
como los pies.
Un poco de historia
El agua es fundamental para los seres humanos, ya que además de consumirla
para hidratarnos, la utilizamos para un sinfín de actividades como la producción
de alimentos, la obtención de energía, entre otras. Durante aproximadamente
6,000 años el manejo del agua ha sido clave para la civilización. Gracias al control
del agua fue posible la agricultura, lo que determinó el desarrollo económico,
político y social de todas las culturas. Para el aprovechamiento del agua fue
fundamental el desarrollo tecnológico, y dos invenciones fueron muy importantes.
Unos 6,000 años atrás, los sumerios inventaron el arco que se utiliza en la
arquitectura, el cual brinda soporte a puentes y techos que los romanos utilizaron
en la construcción de canales de agua. El segundo desarrollo tecnológico fueron
los molinos de agua que desarrollaron los romanos hace 2,300 años. Dicha
invención fue fundamental para el acopio de agua y el suministro de energía
mecánica, la cual se empleó en la molienda de granos, en la producción de
textiles y para trabajar metales como el acero.
Figura 3. Acueducto romano. Fuente :
https://es.wikipedia.org/wiki/Acueducto_romano#/media/Archivo:Pont_du_Gard_BLS.jpg
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Los asentamientos en ciudades dieron paso a la generación de grandes
cantidades de aguas residuales. Por esa razón fue necesario implementar
soluciones para su manejo mediante sistemas que permiten drenar esos desechos
fuera de las ciudades. El sistema más antiguo para el manejo de agua data del
año 6500 antes de la era común (AEC) en lo que ahora es Siria. Otro registro en el
uso de sistemas de drenaje para agua de lluvia y para aguas residuales se sitúa
cerca de finales del cuarto milenio AEC en Mesopotamia. De igual modo en China
se utilizaron sistemas de irrigación, abastecimiento de agua en ciudades y manejo
de aguas residuales entre los años 4000 y 2000 AEC. También en la Grecia
antigua se construyeron sistemas de drenaje y los romanos no se quedaron atrás.
De igual modo en la Europa medieval se hizo uso de estos sistemas para el
manejo de residuos en asentamientos humanos. 
Más adelante, en el siglo XIX, debido a la primera revolución industrial, aumentó
la densidad poblacional en ciudades y con ello la contaminación del agua y la
propagación de enfermedades. En Gran Bretaña se hizo presente el cólera, una
enfermedad bacteriana que cobró la vida de poco más de 14,000 personas en la
ciudad de Londres. Hasta antes de los descubrimientos de Pasteur, se creía que el
agua se purificaba al fluir libremente debido a la disolución y oxidación de
desechos orgánicos. Por esa razón las personas bebían sin cuidado el agua
provista por el sistema de agua de la ciudad. Durante el brote de cólera en
Londres surgió la epidemiología moderna gracias a John Snow, un médico inglés
que pudo relacionar la incidencia de casos de cólera con el consumo de agua
contaminada. Fue hasta el año de 1833 que Robert Koch (1843–1910) aisló a
Vibrio cholerae, la bacteria que produce el cólera y confirmó que ésta se podía
propagar a través del agua contaminada con las heces de una persona infectada. 
Actualmente se cuenta con sistemas más sofisticados de distribución de agua
potable en los cuales se echa mano de varias ciencias, además de diversos
campos de la ingeniería, así como del urbanismo que se encarga de la
planificación de las ciudades. De igual modo es necesario contar con el manejo de
aguas residuales, para lo cual existen plantas para tratar los desechos de los
hogares y la industria, con la finalidad de retirar contaminantes de ella. Si las
aguas de desecho no son tratadas, surge un grave problema de contaminación al
medio ambiente cuando se vierten en ríos u otros cuerpos de agua.
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Y se hizo la luz
El agua además de ser fundamental para la vida también nos puede proveer de
energía mecánica y, desde hace poco más de 100 años, de energía eléctrica. A
finales del siglo XIX, en 1882, se logra la conversión de la energía mecánica del
agua en energía eléctrica. La primera planta comercial de este tipo comenzó a
operar en Irlanda del Norte en 1883. Lo anterior trajo consigo el inicio de
megaproyectos como la construcción de la presa Hoover en Estados Unidos
durante la primera mitad de la década de 1930. La presa Hoover tiene una
capacidad de 37 millones de metros cúbicos de agua y una altura de 221 metros.
Durante el siglo XX se emprendió la construcción de presas por todo el mundo, y
para el año de 1990 ya existían más de 40,000 construcciones de este tipo con
paredes por encima de los 15 metros.
Figura 4. Fotografía de la presa Hoover en Estados Unidos. Fuente:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HooverDam2009.jpg
Desde la década de 1970 comenzaron a señalarse los daños ecológicos y sociales
que causan estos proyectos. Entre las consecuencias que puede traer la
construcción de presas está el desplazamiento de asentamientos humanos,
afectación a los ecosistemas que invariablemente derivan en la reducción de
biodiversidad, acumulación de metales pesados, y la retención de nutrientes en
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las represas que evita su diseminación entre otras. Afortunadamente surgieron
cambios en las últimas décadas del siglo pasado que han hecho posible tomar
acciones en diferentes áreas como el tratamiento de aguas y el control de su
contaminación; por ejemplo, la adopción de un enfoque ambiental en la ingeniería
civil, el establecimiento de áreas protegidas donde se prohíben actividades
humanas como la pesca, la caza y la perturbación de los ecosistemas, y la
participación de la sociedad para incidir en la toma de decisiones. Por ello la
educación ambiental es de gran importancia para enseñar a valorar y cuidar los
recursos que posibilitan la vida en este planeta.
¿De dónde llegó el agua a la Tierra?
Después de este maratón acuático, y antes de terminar, hay una cuestión
fundamental: ¿cómo terminó el agua a la Tierra? En lugares remotos de nuestro
sistema solar, las bajas temperaturas hacen posible la presencia de agua enestado sólido. Por ese motivo los planetas distantes tienen grandes cantidades de
agua en forma de hielo. Sin embargo, cerca del Sol, es difícil que los planetas
capten el agua que pudiera existir en forma de vapor. Por esa razón se cree que el
agua en la Tierra llegó principalmente por impactos de meteoritos provenientes
de regiones lejanas como Júpiter y también por el paso de cometas que
atraviesan el sistema solar (ver en Cienciorama “El mito del Prometeo acuático”).
Ahora sólo queda hacer conciencia de la importancia del agua para todos los
seres vivos que habitamos este planeta y, protegerla es algo imposible de
postergar. 
Referencias
1. Lehr, J. H., Keeley, J., Lehr, J., & Kingery III, T. B. (2005). Oceanography, Meteorology, Physics
and Chemistry, Water Law, and Water History, Art, and Culture (pp. 521-527). Wiley interscience.
2. Franks, F. (1972). Water, The Unique Chemical. En The Physics and Physical Chemistry of Water,
vol. 1. Plenum Press, New York, London.
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4. Goncharuk, V. V. (2014). Drinking water: physics, chemistry and biology. Springer.
5. Lynden-Bell, R. M., Morris, S. C., Barrow, J. D., Finney, J. L., & Harper, C. (Eds.). (2010). Water and
life: the unique properties of H2O. CRC Press.
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http://cienciorama.unam.mx/#!titulo/422/?el-mito-del-prometeo-acuatico
6. Eslamian, S. (Ed.). (2014). Handbook of engineering hydrology: fundamentals and applications.
CRC Press7. Peslier, A. H. (2020). The origins of water. Science, 369(6507), 105
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