Ciclo de agua y vida

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☛  En esta época de sobrecarga mediática y amnesia instantánea, su influencia al compartir este contenido es mucho más poderosa que cualquier campaña

Las corrientes oceánicas están conectadas formando una gigantesca cinta transportadora. Es la que dirige y afecta los patrones climáticos, transportando calor y humedad alrededor de la Tierra. ¿Qué ocurriría si, debido al cambio climático, esta cinta transportadora se debilita o detiene?

Esta es una historia sobre las corrientes oceánicas y el clima. Pero igual que se cuenta en los artículos Agua y energía, en Agua y bosque, en Sequía y cambio climático, también es una historia de poder, avaricia, miedo y pasividad. Una historia  que ahora habla de otros efectos catastróficos de la conducta humana. Que nos muestra el desprecio absoluto hacia los gravísimos problemas que hemos creado, como el cambio climático, pero que van a heredar nuestros hijos y nietos. Y si no lo remediamos pronto, acabaremos en una situación muy, pero que muy peligrosa.

La historia que cuento no es objetiva. No puede serlo, como se explica en este artículo. Aunque trato de situar los problemas en su contexto y complejidad global. Tampoco es neutral lo que cuento. Pero cada apartado se apoya sobre una sólida base documental, aunque yo lo cuente a mi manera.

Vivimos una situación de emergencia social y ecológica

Los vídeos de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA), y de la Agencia Espacial Europea (ESA), nos muestran la alarmante disminución del hielo Ártico desde septiembre de 1978 a 2018.

¿Acaso este problema no merece una atención y conducta serias en las familias, en las aulas, en las empresas y en las distintas organizaciones de la sociedad?

Vivimos una situación de emergencia social y ecológica. Todos viajamos en el mismo planeta pero, ocurra lo que ocurra, no hay estación para bajarnos. Es una buena decisión empezar por conocer mejor la gravedad del problema al que nos enfrentamos. Nos ayudará a comprender que podemos contribuir a buscar la solución adecuada.

Disponemos de poco tiempo. Muy poco, antes de que el calentamiento global afecte a nuestras neuronas y nos haga perder totalmente la cordura. Y, al final, lo único que conservemos sea nuestra trivial estupidez.

El agua es vital para el desarrollo de la vida en la Tierra y el elemento dominante en el planeta. Ningún ser vivo sería capaz de vivir sin agua. Permanece en la Tierra porque la atmósfera impide que se disperse flotando o que se desintegre por efecto de la radiación solar. 

El agua que bebían los dinosaurios hace millones de años es la misma que hoy circula por el río de tu pueblo o ciudad. La misma que cae una y otra vez en forma de lluvia, nieve o granizo. Si, es la misma agua que ahora puedes estar bebiendo mientras lees este artículo. Agua que circula una y otra vez formando un ciclo. 

Nuestro mundo es un sistema cerrado que contiene una cantidad limitada de agua que no ha variado desde su origen. La misma agua ha circulado –y sigue circulando— una y otra vez en el planeta, originando y conservando la vida. Va y viene siguiendo lo que se llama el ciclo hidrológico.

¿Alguna vez te has preguntado cual es la fuerza que gobierna este ciclo del agua?  Para conocer la respuesta sólo tenemos que levantarnos muy temprano y ver amanecer.

La atracción electrostática entre el hidrógeno de una molécula de agua y el oxígeno de otra molécula adyacente forman un puente llamado enlace de hidrógeno. La energía del sol rompe los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas a las moléculas de agua y cuando esta alcanza los 100 grados centígrados se evapora. A través de la evaporación el agua líquida de los océanos pasa a la atmósfera en forma de vapor.

El sol es el motor que impulsa el #CicloHidrologico y evapora el agua de los mares y océanos. Mediante este ciclo se mantiene el equilibrio térmico de la Tierra y así se evita que el planeta se caliente o se enfríe por encima de los límites que hacen tolerable la vida.

     1.1 ¿Cuánta agua se evapora mediante este ciclo?

El 40 por ciento de la superficie del planeta se encuentra en zonas de clima tropical. Así que es aquí donde se produce una mayor evaporación del agua marina.

A través del misterioso mecanismo que gobierna el clima en el planeta, cada año se evapora medio millón de kilómetros cúbicos de agua, una cantidad enorme. El 10% proviene de la transpiración de las plantas y el otro 90% de los océanos, ríos y lagos.

La mayor parte del agua que se evapora (unos 390.000 Kilómetros cúbicos) vuelve a caer de nuevo en los mares y océanos. Sólo una parte del vapor de agua (unos 110.000 Kilómetros cúbicos) es arrastrado por la acción del viento a los continentes en forma de nubes.

Las nubes, al enfriarse, dejarán caer el agua en forma de lluvia, nieve o granizo, para regresar de nuevo al mar a través de los ríos y los acuíferos. Y el ciclo comienza de nuevo.

     1.2 ¿Cuánta agua reciben los continentes cada año? 

Como la cantidad de agua que hay en la atmósfera permanece casi constante, los continentes reciben cada año unos 40.000 Kilómetros cúbicos de agua más de la que se evapora, y son la base de la vida para los ecosistemas acuáticos y para las personas.

Mediante el misterioso mecanismo que gobierna el clima en el planeta, cada año se evapora medio millón de kilómetros cúbicos de agua. De esta enorme cantidad de agua, sólo la especie humana usa más de un tercio y ejerce un gran impacto sobre el #CicloHidrologico

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2. El movimiento y los cambios de estado del agua

El agua está siempre en movimiento y cambia continuamente de estado: de líquido a vapor o hielo.

El clima de la Tierra está regulado en buena parte por la capacidad que tiene el agua de absorber y retener calor. Es lo que se llama calor latente.  Como vamos a ver, esta capacidad permite que el vapor de agua de la atmósfera se condense, forme nubes y precipitaciones.

     2.1 Capacidad del agua de absorber y retener el calor

Para que el agua se evapore es necesaria una gran cantidad de energía, es lo que se llama calor latente de evaporación. Esta cualidad del agua de retener su calor antes de evaporarse impide un calentamiento excesivo del aire. 

La cantidad de vapor de agua de la atmósfera aumenta con la temperatura y varía mucho de un momento a otro y de un lugar a otro. Estas variaciones son lo que conocemos como humedad.  En cada momento la atmósfera tiene algo más de 12.000 kilómetros cúbicos de agua. Si toda esta agua cayera al mismo tiempo en forma de lluvia, la superficie de la Tierra se cubriría de una capa de 2,5 centímetros de agua.

La presencia del agua en forma de vapor en la atmósfera es uno de los factores que hace que la Tierra sea un lugar habitable para nosotros.

El vapor de agua ayuda a mantener la temperatura del aire en la superficie del planeta, con unas variaciones que van desde los 40 grados centígrados bajo cero en zonas donde hay poco vapor de agua, hasta los 55 grados centígrados en zonas desérticas.

El vapor de agua es el principal gas de efecto invernadero y también se encarga de absorber el 70% de la radiación cósmica.

     2.2 El origen del viento

Para saberlo tendremos que hacer volar nuestra imaginación y viajar con el viento.

El sol es también el responsable de que se produzca el viento (ver La energía del viento). Sin embargo, los rayos del sol no inciden de la misma forma en la atmósfera terrestre. Esto hace que existan masas de aire con diferente temperatura.

La mayor parte de la energía solar se recibe en el Ecuador, por eso el aire es más caliente en las zonas ecuatoriales del planeta y más frío en los polos. Como el aire caliente es menos denso se eleva en el Ecuador, forma una zona de baja presión y libera humedad.

A medida que el aire caliente se aleja del Ecuador hacia el norte o hacia el sur, se enfría.  Al enfriarse se vuelve más denso y mientras baja absorbe humedad. Este cambio y distribución irregular de la temperatura hace que la presión horizontal del aire sea también irregular, lo que hace que el aire se mueva y origine el viento.  

El viento está siempre presente en la superficie del planeta y se mueve de un lugar a otro.

     2.3 ¿Qué ocurre con las gotas de agua cuando se evaporan del mar a la atmósfera

Una vez que el agua en forma de vapor está en el aire empieza a circular por la atmósfera. La atmósfera no es un importante almacén de agua, pero si es una vía rápida que el agua utiliza para moverse por el planeta.

En la atmósfera siempre hay agua. Aire y agua son inseparables.

Las corrientes ascendentes de aire llevan el vapor de agua a las capas superiores de la atmósfera. Aquí la temperatura es menor. Esto hace que el vapor de agua se condense en forma de pequeñísimas partículas de agua liquida. Incluso el aire contiene agua en partículas tan pequeñas que no se ven. A medida que estas pequeñas partículas de agua líquida se juntan forman nubes.

     2.4 ¿Cómo es el interior de una nube?

El vapor de agua al condensarse se convierte en agua líquida alrededor de diminutas partículas de polvo, de polen, de humo y sales minerales.

Al principio estas gotas de condensación son mucho más pequeñas que las gotas de lluvia y no pesan lo suficiente para que puedan precipitar. Pero al juntarse unas moléculas de agua con otras, son esas pequeñas gotitas de agua las que crecen y forman las nubes.

Las corrientes de aire mueven las nubes sobre el planeta. Las gotas que continúan circulando dentro de las nubes colisionan, se unen y forman gotas más grandes.

Dentro de las nubes el agua puede estar en cualquiera de sus tres estados: como vapor, como líquido y como hielo. Cuando las gotas ya son lo suficientemente pesadas caen como lluvia, nieve o granizo.

3. ¿Qué papel juegan los océanos en el ciclo hidrológico global?

Tradicionalmente los meteorólogos han ignorado el papel de los océanos en los procesos meteorológicos. Esto podría tener un cierto sentido: si se estudia el clima es natural centrarse en la atmósfera no en los océanos.

Pero ahora estamos empezando a comprender que los océanos son la pareja de la atmósfera para producir el clima. Y, junto con el sol, resultan ser esenciales para el ciclo hidrológico.

    3.1 Acumulan más calor que la atmósfera

Los océanos cubren el 70% de la superficie de la Tierra. Y tienen una capacidad de acumular calor 1.100 veces superior a la de la atmósfera. Contienen unas 90.000 veces más agua que la atmósfera. Y, a su vez, reciben el 78% de todas las precipitaciones del planeta.

Aunque están separados por los continentes, los océanos están conectados unos a otros como si fueran uno solo y regulan el ciclo hidrológico. Seguramente el papel más importante de los océanos sea su capacidad para absorber calor, almacenarlo y, después, transportar ese calor desde el ecuador hacia los polos.

Esto ayuda a distribuir el calor alrededor del planeta. ¿Cómo? Moderando el frío de las regiones altas, como el Atlántico Norte, y el calor en las regiones ecuatoriales. 

Las corrientes oceánicas calientan las regiones del Atlántico Norte una media de 5 grados centígrados. Y así contribuyen a que los inviernos en Norteamérica y Europa sean más templados (menos fríos).

Sabemos que la energía del sol es la que impulsa los vientos. A su vez, los vientos son los responsables de que se formen las olas y las corrientes en el océano. De modo que existe una relación entre las corrientes oceánicas y el clima.

    3.2 El efecto de Coriolis, las corrientes oceánicas y el clima

Debido a la rotación de la Tierra, todo lo que se mueve en su superficie no sigue una línea recta, sino que tiende a girarse hacia un lado. Esto se conoce como el efecto de Coriolis. Este efecto es muy leve para sentirlo cuando caminamos o vamos en un coche. Pero es muy importante en distancias grandes.

La energía solar provoca la expansión del agua. Cerca del Ecuador las temperaturas son más altas. Lo que hace que el nivel del mar esté unos 8 centímetros mas alto que en las latitudes medias. Esto provoca una pendiente en el nivel del mar y dirige el flujo de agua hacia abajo, siguiendo la pendiente.

Los vientos que soplan en la superficie empujan el agua y la desplazan. Lo que ocasiona que el agua tienda a amontonarse en la dirección que sopla el viento. A su vez, el agua está influida por la fuerza de la gravedad que tira de ella siguiendo la inclinación de la pendiente.

Debido a la rotación de la Tierra, el efecto de Coriolis influye de dos maneras:

  • Hace que el movimiento del agua sea 45º hacia la derecha de la dirección del viento en el Hemisferio Norte.
  • Y 45º a la izquierda de la dirección del viento en el Hemisferio Sur.

Como consecuencia de todo esto se producen grandes corrientes circulares de agua en los océanos.

Estas corrientes superficiales se encuentran desde la superficie hasta los 400 metros de profundidad y representan el 10% de toda agua oceánica. Son muy importantes para el clima del planeta, ya que actúan como un termostato regulando las variaciones de temperatura de la Tierra.

Veamos cómo lo hacen.

Imagen: ESA

    3.3 La corriente superficial del Golfo

La corriente del Golfo es impulsada por los vientos del oeste o contralisios que soplan en dirección al este. Es la corriente oceánica más rápida del planeta y llega a alcanzar velocidades de 2 metros por segundo. Luego, a medida que avanza hacia el norte su velocidad se reduce.

Las corrientes oceánicas superficiales cálidas, como la corriente del Golfo, producen un aumento de la temperatura del aire y mayor concentración de vapor de agua en la atmósfera. Esto hace que aumente la humedad.

La corriente del Golfo es una de las corrientes tropicales más fuertes del planeta. Esta corriente mueve quinientas veces más agua que el amazonas. Unos mil millones de megavatios de calor son transportados con el agua hacia el oeste y norte de Europa.

Sin el calor que transporta la corriente del Golfo la temperatura media del invierno europeo sería tan fría como el norte del Canadá. Su efecto lo vemos en Escandinavia, zona cercana al Polo Norte donde no se forma hielo y las temperaturas son más altas de las esperadas para su latitud.

    3.4 La corriente superficial del Labrador

Las corrientes oceánicas superficiales frías, como la del Labrador, que bajan de los polos, ayudan a refrescar los trópicos. Estas corrientes disminuyen la temperatura del aire y la concentración del vapor del agua en la atmósfera. Esto hace que baje la humedad.

El agua fría y más densa fluye hacia el sur en profundidad. 

Imagen: ESA/AOES Medialab

4. ¿Qué ocurre con las aguas profundas de los océanos?

La relación entre las corrientes oceánicas y el clima es mayor de lo que nos puede parecer. Las aguas profundas de los océanos, ¿están quietas o se mueven de un lugar a otro del planeta? Tendremos que sumergirnos con la imaginación para averiguarlo.

La salinidad de la superficie del agua de los océanos depende sobre todo de la evaporación y la precipitación. Cuando la salinidad del agua marina aumenta y su temperatura baja, el agua se vuelve más densa y pesada. Lo que hace que se hunda. Esto es lo que ocurre con el agua marina en las zonas polares.

La mayor parte de las aguas profundas se forman en el Atlántico Norte. Entre el sur de Groenlandia y el norte de Noruega están las aguas más frías y saladas de los océanos. Esta agua más densa se hunde en los abismos marinos a 2000 metros de profundidad. Es como una enorme catarata de 15 kilómetros de ancho y mantiene la circulación oceánica en movimiento, como si fuera una bomba gigante.

     La corriente termohalina y el Cinturón de Transporte Oceánico

En invierno se hunden unos 17 millones de metros cúbicos por segundo de agua marina. Esta corriente de agua profunda se llama corriente termohalina y lleva 20 veces más agua que todos los ríos de la Tierra.