Lluvia dulce, mar salado
Qué te preguntás
Buena parte del vapor que forma las nubes sale del mar, que es salado. Pero la lluvia es agua dulce.
Qué necesitás traer
- Clase 14: Por qué el agua modera la temperatura
- Clase 15: Densidad, tensión superficial y solvente universal
Esta clase amplía el módulo del agua: seguimos al agua por el planeta, vemos por qué el mar es salado y usamos la densidad para entender qué flota y qué se hunde.
Desarrollo
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Tres preguntas para empezar
Tres cosas que parecen no cerrar. Pensá una respuesta para cada una antes de seguir.
Flotar sin esfuerzo
Qué te preguntás
En el Mar Muerto la gente flota quieta, sin nadar. En una pileta, si no te movés, te hundís.
Un barco de acero
Qué te preguntás
Un clavo de acero se hunde enseguida. Un barco de miles de toneladas, hecho de acero, flota.
Las tres se responden con dos ideas de esta clase: cuando el agua se evapora, deja atrás lo que tenía disuelto; y que algo flote o se hunda depende de la densidad del líquido.
El ciclo del agua, paso a paso
El agua del planeta no se crea ni se gasta: circula entre reservorios (océanos, hielos, aguas subterráneas, ríos y lagos, atmósfera y seres vivos). Es la misma idea de reservorios y flujos que usamos con el carbono en la clase 3.
- Evaporación. La energía del Sol hace que el agua líquida de mares, lagos y suelos pase a vapor.
- Transpiración. Las plantas toman agua por las raíces y la pierden como vapor por pequeños poros de las hojas, los estomas.
- Condensación. El vapor sube, se enfría y forma gotitas de agua líquida o cristales de hielo: así se forman las nubes.
- Precipitación. Cuando las gotas o los cristales crecen lo suficiente, caen como lluvia, nieve o granizo.
- Infiltración. Parte del agua que cae entra en el suelo y recarga las aguas subterráneas.
- Escorrentía. Otra parte corre por la superficie, siguiendo la pendiente, hacia ríos, lagos y el mar. Al correr, erosiona y arrastra sedimentos.
Pista: el ciclo es una cadena de cambios de estado. Los que separan moléculas (evaporación, fusión) absorben energía; los que las juntan (condensación, solidificación) la liberan.
Pensá antes de abrir: ¿de dónde sale la energía que mueve el ciclo del agua, y adónde va cuando el vapor se condensa en una nube?
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Sale del Sol. Para evaporar agua hay que separar moléculas unidas por puentes de hidrógeno, y eso cuesta mucha energía: unos 2 260 joules por gramo, como vimos en la clase 14.
Cuando el vapor se condensa, esa energía se libera y calienta el aire de alrededor. Así, el ciclo del agua no solo mueve agua: también lleva energía desde la superficie hacia la atmósfera. Esa energía liberada es la que alimenta las nubes de tormenta.
Calorías y joules: lo que cuesta evaporar
En muchos libros el calor de vaporización del agua aparece en calorías: unas 540 calorías por gramo, a 100 °C. Para pasarlo a joules alcanza con la equivalencia que vas a trabajar en la clase 18: 1 caloría = 4,186 joules.
540 cal/g × 4,186 J/cal ≈ 2 260 J/g = 2 260 000 J/kg
Es la misma cantidad de energía, medida con otra unidad, como medir una distancia en metros o en centímetros.
El sudor usa esa energía para enfriarte: cada gramo que se evapora de tu piel se lleva unos 2 260 joules de tu cuerpo (a la temperatura de la piel, incluso un poco más). Por ejemplo, si en un partido se te evaporan 500 g de sudor, se llevaron unos 500 × 2 260 = 1 130 000 J, que son unas 270 000 calorías, o 270 kilocalorías.
Pensá antes de abrir: en un día muy húmedo transpirás mucho y, sin embargo, no te refrescás tanto. ¿Por qué?
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El sudor enfría solo cuando se evapora, porque la energía para evaporarlo la saca de tu piel. Si el aire ya tiene mucho vapor, el sudor se evapora más despacio: queda sobre la piel o gotea, y una gota que cae no se llevó energía de tu cuerpo.
Agua que enfría computadoras: la inteligencia artificial
Las computadoras de los centros de datos, donde funcionan los servicios de internet y la inteligencia artificial, transforman en calor casi toda la energía eléctrica que usan. Muchos centros de datos se enfrían con torres que evaporan agua: el mismo mecanismo que el sudor, a escala industrial.
Esa agua evaporada se va a la atmósfera y vuelve a caer en otro lugar y en otro momento: no vuelve a la canilla de la zona de donde se sacó.
Pensá antes de abrir: ¿es lo mismo generar una imagen con inteligencia artificial porque la necesitás para un trabajo que generar cientos solo para entretenerte? Pensalo con lo que sabés del calor de vaporización.
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No hay una única respuesta correcta, pero sí datos para razonar. Cada pedido usa energía eléctrica, esa energía termina como calor y una parte de ese calor se saca evaporando agua dulce. Lo virtual tiene un costo físico real, y decidir cuándo vale la pena es parte de usarlo bien.
Derretir nieve también cuesta: los Andes, 1972
En octubre de 1972, el avión de la Fuerza Aérea Uruguaya que llevaba a un equipo de rugby a Chile cayó en la cordillera de los Andes. Los sobrevivientes estaban rodeados de nieve, pero no tenían agua para tomar: comer nieve les lastimaba la boca y la garganta.
Adolfo «Fito» Strauch, uno de ellos, sacó las chapas de aluminio del respaldo de los asientos, las dobló como bandejas con un agujero, les puso una capa de nieve y las orientó al sol. El agua de deshielo goteaba dentro de una botella.
La física del invento: fundir hielo cuesta energía, unas 80 calorías por gramo (unos 334 J/g, el calor latente de fusión). Si esa energía la pone tu cuerpo, la perdés. Si la pone el Sol, a través de una chapa de metal que se calienta y conduce bien el calor, el agua sale gratis.
Pensá antes de abrir: si la nieve ya es agua, ¿por qué era tan importante derretirla afuera del cuerpo y no comerla directamente?
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Porque para pasar de sólido a líquido, el hielo necesita recibir energía. Comiendo nieve, esa energía la pone el cuerpo, que ya pierde calor con el frío y tenía muy poca comida para reponerlo. Con la chapa al sol, la energía la ponía el Sol.
Hielo que abriga: iglúes y bares de hielo
Un iglú está hecho de bloques de nieve compactada y, sin embargo, adentro se está mucho más templado que afuera. La nieve tiene mucho aire atrapado entre sus cristales, y el aire quieto conduce muy mal el calor: la pared funciona como un abrigo. Además, corta el viento.
En Bariloche hay un bar de hielo: las paredes, la barra y hasta los vasos son de hielo, y la sala se mantiene bajo cero. Para entrar te dan una capa térmica y guantes.
Pensá antes de abrir: si las paredes de un iglú están bajo cero, ¿cómo puede ser que abrigue?
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Abrigar no es dar calor: es frenar su salida. El calor lo producen los cuerpos de quienes están adentro; la nieve, llena de aire quieto, lo deja escapar muy despacio y frena el viento. Una campera hace lo mismo: no calienta, aísla. La capa térmica del bar de hielo también.
¿Por qué el mar es salado y la lluvia es dulce?
La lluvia, al caer y correr por el suelo, disuelve de a poco minerales de las rocas. Los ríos llevan esos iones disueltos al mar. En el mar el agua se evapora, pero los iones no: se quedan. Después de muchísimo tiempo de este ir y venir, el océano acumuló sal.
Los iones más abundantes del agua de mar son el sodio (Na+) y el cloruro (Cl−), los mismos de la sal de mesa. Y la lluvia es dulce por la misma razón: el vapor que sube del mar es agua sola. La evaporación funciona como una destilación natural.
| Agua | Sales disueltas | Por qué |
|---|---|---|
| Lluvia | Casi nada | Viene del vapor, que no lleva sal. |
| Océano (promedio) | Unos 35 g/kg | Sal acumulada durante muchísimo tiempo. |
| Mar Mediterráneo | Unos 38 g/kg | Se evapora más agua de la que le entra por lluvia y ríos. |
| Mar Muerto | Unos 342 g/kg (dato de 2011) | Es un lago sin salida en un clima muy seco: el agua solo se va evaporando. |
Pista: el Mediterráneo es algo más salado que el océano, no muchísimo más. El que es casi diez veces más salado es el Mar Muerto.
Pensá antes de abrir: ¿por qué el Mar Muerto es tanto más salado que el océano, si los dos reciben agua de ríos?
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El Mar Muerto no tiene salida: el agua que le llega por el río Jordán solo se va por evaporación, y cada vez que el agua se evapora deja la sal. En un clima muy seco y caluroso, eso concentra la sal año tras año.
Es el mismo razonamiento de reservorios y flujos: entra sal y no sale. El agua entra y sale, pero sola.
Desalinizar: copiar el ciclo o filtrar con presión
En lugares con poca agua dulce y mucho mar, como varios países de Medio Oriente, se fabrica agua dulce a partir de agua de mar. Hay dos caminos principales:
- Destilación: calentar agua de mar, juntar el vapor y condensarlo. Es copiar el ciclo del agua en una fábrica. Funciona, pero cada gramo que se evapora cuesta unos 2 260 J.
- Ósmosis inversa: empujar el agua de mar con mucha presión contra una membrana que deja pasar el agua y retiene casi toda la sal. Hoy es el método más usado: produce cerca del 69 % del agua desalinizada del mundo.
Los dos métodos dejan un residuo: una salmuera más salada que el mar. Como es más densa, tiende a irse al fondo, y hay que devolverla con cuidado para no dañar a los organismos que viven ahí.
Pensá antes de abrir: si el mar es enorme, ¿por qué no desalinizamos toda el agua que necesitamos?
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Porque desalinizar cuesta mucha energía, que cuesta dinero y muchas veces emite CO2; porque hay que llevar el agua desde la costa hasta donde se usa; y porque queda la salmuera. Por eso conviene donde no hay otra fuente, y no reemplaza cuidar el agua dulce que ya tenemos.
Densidad: cuánta masa hay en cada litro
La densidad dice cuánta masa hay en cada unidad de volumen. El agua dulce tiene una densidad de casi 1 g/cm³: un litro tiene una masa de casi un kilo.
densidad = masa ÷ volumen
Cuanta más sal tiene disuelta el agua, más densa es: los iones agregan bastante masa y poco volumen.
| Sustancia | Densidad |
|---|---|
| Hielo | 0,92 |
| Agua dulce | 1,00 |
| Agua de mar | 1,025 |
| Agua del Mar Muerto | 1,24 |
| Acero | 7,9 |
Arquímedes: el empuje
Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe una fuerza hacia arriba, el empuje. El principio de Arquímedes dice cuánto vale: el empuje es igual al peso del líquido que el cuerpo desaloja, es decir, del líquido que tuvo que correrse para hacerle lugar.
empuje = peso del líquido desalojado
Sobre un cuerpo en el agua actúan dos fuerzas: su peso, hacia abajo, y el empuje, hacia arriba. Si el cuerpo es más denso que el líquido, ni sumergido entero junta empuje suficiente y se hunde. Si es menos denso, flota: se hunde solo hasta que el líquido desalojado pesa lo mismo que él.
Un huevo crudo se hunde en agua de la canilla. Si disolvés bastante sal, el agua se vuelve más densa que el huevo, el empuje alcanza a igualar su peso antes de que se sumerja entero, y el huevo sube.
Ojo con una confusión frecuente: un cuerpo que flota desaloja siempre el mismo peso de líquido, igual a su propio peso. Lo que cambia con la densidad es el volumen desalojado: en un líquido más denso, ese mismo peso entra en menos volumen, así que el cuerpo queda más afuera. Por eso en el Mar Muerto flotás mucho más alto que en una pileta.
Pista: que un cuerpo flote o se hunda lo deciden las densidades. Cuánto se hunde un cuerpo que flota lo decide cuánto líquido tiene que desalojar para igualar su peso.
¿Por qué flota un barco de acero?
El acero es casi ocho veces más denso que el agua: un clavo se hunde sin dudar. Pero un barco no es un bloque macizo de acero: es un casco hueco, lleno de aire. Lo que cuenta es la densidad promedio del barco entero, con su acero, su aire y su carga, y esa densidad promedio es menor que la del agua.
El barco se hunde hasta que el agua que desaloja pesa lo mismo que él. Si le agregás carga, se hunde un poco más, para desalojar más agua. Si le entra agua al casco, el agua reemplaza al aire, la densidad promedio sube y el barco se hunde.
Los barcos de carga llevan pintadas en el casco unas marcas que indican hasta dónde se los puede cargar, y tienen marcas distintas para agua dulce y para agua de mar.
Pensá antes de abrir: un barco sale de un río de agua dulce y entra al mar. ¿Se hunde más, menos o igual?
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Se hunde un poco menos. El barco tiene que desalojar un peso de agua igual al suyo, y como el agua de mar es más densa, ese peso entra en menos volumen. Por eso, en el casco, la marca de carga para agua dulce está más arriba que la de agua de mar.
Fuentes de los datos: salinidad y densidad del Mar Muerto (342 g/kg en 2011; 1,24 kg/L), salinidad media del océano (unos 35 g/kg) y del Mediterráneo (unos 38 g/kg): valores de referencia publicados (Wikipedia, «Dead Sea»; NOAA, «A Funny Taste»). Ósmosis inversa, 69 % del agua desalinizada: E. Jones y otros, «The state of desalination and brine production: A global outlook», Science of the Total Environment 657 (2019). Fito Strauch y la «máquina de hacer agua»: testimonios de los sobrevivientes (N. Parrado, «Milagro en los Andes»; sociedaddelanieve.com). Bar de hielo de Bariloche: sitios de turismo de la ciudad. Calores latentes: valores de tabla redondeados.
Actividades
Experiencia 1 · El huevo que sube
- Poné un huevo crudo en un vaso alto con agua de la canilla. Anotá qué pasa.
- Sacá el huevo, agregá sal de a una cucharada y revolvé hasta que se disuelva. Volvé a probar después de cada cucharada. ¿Cuántas cucharadas hicieron falta para que flote?
- Con el huevo flotando, agregá muy despacio agua de la canilla por encima, dejándola caer sobre una cuchara para no mezclar. ¿Dónde queda el huevo ahora?
- Explicá lo que viste con el principio de Arquímedes y comparando densidades.
Experiencia 2 · Un ciclo del agua en un bol
- Poné agua con sal en un bol grande y un vaso vacío parado en el centro. Tapá el bol con film y apoyá una piedrita sobre el film, justo encima del vaso.
- Dejalo al sol o cerca de una fuente de calor durante una o dos horas, y anotá qué aparece en el film y en el vaso.
- Poné unas gotas del agua del vaso sobre un vidrio oscuro y, al lado, unas gotas del agua del bol. Dejalas secar y compará lo que queda.
- Relacioná lo que viste con la lluvia dulce y con la desalinización por destilación.
3. Calorías y joules
- Pasá a joules por gramo el calor de fusión del hielo, 80 cal/g, y el calor de vaporización del agua, 540 cal/g. Usá 1 cal = 4,186 J.
- Si en un partido se te evaporan 800 g de sudor, ¿cuánta energía se llevó de tu cuerpo? Expresala en joules y en kilocalorías.
- ¿Qué cuesta más energía: fundir 1 kg de nieve o evaporar 1 kg de agua? ¿Cuántas veces más?
4. El barco en el río y en el mar
Escribí una respuesta ordenada en tres partes.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación, tanto si acertaste como si no: leela aunque hayas acertado.
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