Primera edición (La Ciencia desde México), 1991
Segunda edición (La Ciencia para Todos), 1998
Tercera edición, 2001
Cuarta edición, 2003
Quinta edición, 2006
Tercera reimpresión, 2012
Primera edición electrónica, 2012
La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaría de Educación Pública y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
Imagen de portada: © 2006, JupiterImages Corporation
D. R. © 1991, Fondo de Cultura Económica
Carretera Picacho-Ajusco 227, 14738, México, D. F.
Empresa certificada ISO 9001:2008
Comentarios:
editorial@fondodeculturaeconomica.com
Tel. (55) 5227-4672
Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta obra, sea cual fuere el medio. Todos los contenidos que se incluyen tales como características tipográficas y de diagramación, textos, gráficos, logotipos, iconos, imágenes, etc., son propiedad exclusiva del Fondo de Cultura Económica y están protegidos por las leyes mexicanas e internacionales del copyright o derecho de autor.
ISBN 978-607-16-0354-8
Hecho en México - Made in Mexico
Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica.
A los diez años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante, que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española—y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos.
Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar Océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, la cual se encuentra en plena revolución y continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea.
La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de nuestros jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.
Comité de Selección
Dr. Antonio Alonso
Dr. Francisco Bolívar Zapata
Dr. Javier Bracho
Dr. Juan Luis Cifuentes
Dra. Rosalinda Contreras
Dra. Julieta Fierro
Dr. Jorge Flores Valdés
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Leopoldo García-Colín Scherer
Dr. Adolfo Guzmán Arenas
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Jaime Martuscelli
Dra. Isaura Meza
Dr. José Luis Morán López
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. José Antonio de la Peña
Dr. Ruy Pérez Tamayo
Dr. Julio Rubio Oca
Dr. José Sarukhán
Dr. Guillermo Soberón
Dr. Elías Trabulse
HACE CASI TRECE AÑOS SALIÓ LA PRIMERA EDICIÓN de este libro. Yo no tenía la menor idea de lo que iría a pasar con él; mi más alta expectativa era que se leyeran los 3 000 ejemplares que se tiraron en ese entonces, y eso sería tener muchísimos más lectores de los que jamás habría imaginado.
Ha pasado mucho tiempo y el libro fue leído por jóvenes que en aquel entonces eran unos pequeños de pocos años de edad. El concurso Leamos La Ciencia para Todos ha tenido un éxito extraordinario; ahora está presente, además de en México, en Cuba y Colombia, y he visto con gusto cómo El agua ha participado en esos concursos. He recibido los trabajos año con año y en ellos he encontrado la crítica fresca, el señalamiento de aciertos y errores. Varios lectores me señalaron que había sido limitar el alcance de la obra hablar únicamente de los problemas del agua en la Ciudad de México. Otros me han dicho que quedaron muchos temas por tratar.
El Fondo de Cultura Económica me ha invitado a dar pláticas sobre el libro en diversos sitios de México y de Colombia. Fueron estas experiencias invaluables en las que he tenido la oportunidad de escuchar de primera mano las inquietudes de los lectores… y me han enfrentado a preguntas difíciles de contestar.
Comentábamos una vez en el Conalep de El Rosario—un bello pueblecito de Sinaloa, en el noroeste de México—las formas en las que puede cuidarse el agua en un lugar pequeño, a un nivel doméstico. Varios años después me encontré con el director del plantel, José Antonio López, quien me dijo muy satisfecho que sus alumnos habían experimentado varias formas de cuidar al agua y que la conciencia se había transmitido de una generación a otra. En Bogotá tuve la oportunidad de escuchar iguales inquietudes, y de conocer a la maestra Nohora Consuelo Aldana, quien puso en marcha un programa en donde sus alumnos llevan a casa el conocimiento adquirido en clases de ciencias naturales para socializarlo con sus padres; ello, además de haber elevado la autoestima de los estudiantes, estrechó los lazos familiares y condujo a propuestas muy interesantes: haciendo un análisis del consumo de agua en sus hogares, lograron reducirlo en un 38%.1 En palabras de unos padres de familia: “...confirmamos que las estrategias que fueron utilizadas para el ahorro del agua fresca fueron todo un éxito y también queremos comunicarle [a la Maestra Aldana] que las seguiremos usando para mejorar la economía de la gente que habita esta casa”.2
Respecto a las preguntas difíciles, narro esta anécdota. Estaba otra vez en Bogotá ante un auditorio de 600 niños de entre 12 y 15 años de edad; la sesión de preguntas, programada para 30 minutos, duró más de hora y media. Todas las preguntas mostraban la vivacidad de esas mentes, pero hubo una que me puso a temblar: ¿por qué moja el agua?, me dijo una niña de 12 años. Echaron a reír sus compañeros y les dije que nunca me habían preguntado eso, y francamente la respuesta no es para nada sencilla. En la tarde fui a otra escuela en la que un niño de la misma edad me preguntó lo mismo. Por la noche estuve en una reunión del Convenio Andrés Bello, en un elegante lugar, recinto de este programa internacional de alto nivel, con personas mayores. Cuando comenté mis experiencias de ese día y la soltura con la que los niños preguntan cosas tan difíciles como “¿por qué moja el agua?”, una señora me dijo que ella lo iba a preguntar, pero le dio pena porque le había parecido tonto, y ahora se daba cuenta de que no lo era, y que hace falta la ingenuidad de los niños para que el conocimiento avance.
Mis lectores, la mayoría entre 12 y 19 años, me han hecho ésa y más preguntas, que esta edición revisada pretende recoger y responder. En primer lugar, se ha querido clarificar aquellos aspectos que con más frecuencia me han señalado, por escrito en los trabajos de los concursos, y verbalmente en las pláticas.
Algo que he descubierto en este tiempo es que no basta con meditar sobre qué es el agua, hay que contemplarla en toda la amplitud de nuestro planeta. Es fundamental entender la interdependencia del uso del recurso, adquirir una visión global del agua, para comprender que los abusos que se cometen en un sitio repercuten en otras partes. Ello lleva a hablar un poco de política, pues las soluciones no son solamente técnicas. Estaba en Hermosillo, Sonora, en el noroeste de México, en un programa de radio que tiene la Universidad Tecnológica de allá. Es un lugar de mi país con grandes carencias de agua, aunque con una amplia zona costera. Se debatía sobre un proyecto de suministro de agua con tintes políticos y me preguntaron mi opinión. Sobre el proyecto en particular no quise hablar, pero sí discutimos la implicación que tiene el tema del agua en la política, y creo que esto debe hacerse. Es por ello que decidí incluir estos aspectos delicados pero fundamentales.
En 2001, el Fondo abrió una nueva categoría del concurso para las Universidades Tecnológicas, en la que los jóvenes construyen un prototipo funcional a partir de las ideas que toman de la lectura de uno de los libros de la serie.
Es motivante ver la creatividad de esas mentes, con la que plasman ideas en desarrollos tecnológicos. He visto trabajos sobre la purificación del agua y el aprovechamiento de aguas pluviales. Recientemente, en Villahermosa, unos grupos consideraron unir sus fuerzas para hacer desarrollos complejos, en donde unos se enfocaban en la tecnología del agua y otros en sistemas de control para mejorar el rendimiento. En todos los trabajos, y en todas las intervenciones de mi joven auditorio, he notado una enorme preocupación por entender más al agua para cuidarla. La Comisión Nacional del Agua marca como una estrategia general para mejorar la administración del recurso la toma de conciencia. Esto existe muy vivamente en la juventud. El libro, las pláticas y los concursos han sido un medio de comunicación para debatir estos temas.
El libro ha sido reestructurado. Los capítulos I y II son iguales a los de la edición anterior, con actualización e inclusión de unos temas. En el capítulo III amplié la historia de cómo ha llegado el agua a las ciudades y cómo se ha desalojado; el tema del agua en la Ciudad de México fue reducido en datos pero he conservado la narración de cómo hemos logrado deteriorar nuestro hábitat y añado la historia paralela de Bogotá, no sólo porque le tengo un profundo afecto a esa ciudad, sino porque creo que ejemplifica problemas que la Ciudad de México no tiene (como la contaminación del río). El capítulo IV es el que fue más profundamente rehecho: los problemas sobre el agua, como la posesión del recurso, el agua y la salud, y las cuestiones económicas y políticas subyacentes, que me parecen muy importantes, pues el debate sobre el agua va por este lado. Finalmente, el último capítulo, que es nuevo y tiene cierto grado de especulación, pretende hacer ver que el Universo está lleno de agua.
Con el propósito de conservar el libro en un tamaño adecuado, eliminé cuadros que no creo que añadan mayor información. A cambio he incluido más referencias como notas a pie de página para que el lector interesado pueda acudir a las fuentes, con las que se remite a mucha más información.
Retomo, pues, el Preludio del libro original para presentar, sin más, a ese maravilloso elemento.
1 Memorias del primer concurso Leamos La Ciencia para Todos, Colombia 2002-2004, Fondo de Cultura Económica, Bogotá.
2 Nohora Consuelo Aldana, comunicación personal, febrero de 2005.
ESCRIBIR UN LIBRO CONSTITUYE toda una aventura que no podría yo poner en palabras (como no sean las del libro mismo).
Primero, se escoge un tema, algo que tenga uno que decir, se medita sobre él y se recoge la información para exponerlo.
El agua: es todo un tema.
De pronto se descubre que existen montañas de ideas y libros y artículos y cosas que uno mismo ha pensado. Luego viene escribirlo, ponerlo en unas páginas blancas que lo miran a uno en forma aterradora.
Pasado el tiempo —mucho tiempo—, los escritos una y otra vez borroneados empiezan a tomar forma. Como la tierra, que al moverse arroja de su seno las piedras, el escrito va adquiriendo figura; sale lo inútil, lo que sobra.
Al terminar —todo debe en algún momento terminarse—, quedan muchas cosas que todavía se antoja decir, pero si no se termina sería cosa de no acabar nunca.
Conocer el agua es amarla; más que de tierra somos de agua, así que conocerla es saber de qué formamos parte. El agua está ahí para nuestro uso, que más bien es abuso por unos y falta de uso por otros.
De lo que trata este trabajo es de la ciencia del agua, un poco más de dónde está y cuánta hay, cómo llega y cómo se va de las ciudades. La lista de los grandes problemas del siglo XXI comprende, en los primeros lugares, la calidad del agua y la cantidad (cada vez más menguante) que está disponible para mantener nuestra biosfera. Éste es el principal cambio respecto a la edición anterior, pues quiero que el lector se quede con una idea tan clara como sea posible. El libro está escrito para comprender al agua, así que me he preocupado más por las descripciones y las ilustraciones que por otra cosa: ni es completo ni es profundo, no pretendo llenar de datos al lector sino despertar su sentido crítico hacia ella y motivarle a seguir leyendo.
Empiezo, pues, con el agua.
agua (del latín aqua); femenino.
1. f. Sustancia cuyas moléculas están formadas por la combinación de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, líquida, inodora, insípida e incolora. Es el componente más abundante de la superficie terrestre y, más o menos puro, forma la lluvia, las fuentes, los ríos y los mares; es parte constituyente de todos los organismos vivos y aparece en compuestos naturales.
2. f. Licor que se obtiene por infusión, disolución o emulsión de flores, plantas o frutos, y se usa en medicina y perfumería. Agua de azahar, de Colonia, de heliotropo, de la reina de Hungría, de rosas.
(Diccionario de la Real Academia Española, avance de la 23a edición, 2004.)1
Siguen 104 referencias2 a otros tantos vocablos del diccionario que aparecen en conjunción con la palabra agua. También varios matices idiomáticos relacionados con el agua y expresiones que la invocan, por ejemplo: “¡agua va!” (o, más recientemente, “aguas”), con la que se avisaba a los transeúntes cuando desde alguna casa iban a echar a la calle agua o inmundicias.
Otras expresiones, divertidas y sabias, son “ahogarse en un vaso de agua” (afligirse por motivos triviales), “coger el agua en un cesto” (trabajar en vano), “caer como el agua de mayo” (ser bien recibido), “echar agua al vino” (dulcificar la actitud), o “más agua a los frijoles” (para que alcancen), “echar un jarro de agua fría” (desalentar), “estar con el agua al cuello” (sumamente apurado), “hacérsele a uno agua la boca” (ante algo delicioso), “llevar toda el agua a su molinito” (una persona que todo lo usufructúa en su provecho), “más claro que el agua” (algo evidente), “nadar (o navegar) entre dos aguas” (contemporizar con dos opiniones o tendencias opuestas), “parecerse como dos gotas de agua” (ser idénticos), etcétera.
Aquí no se trata de ampliar el conocimiento lexicográfico arriba resumido, cosa por otro lado para mí imposible de hacer, pues pocos temas me vienen a la cabeza sobre los que más pueda escribirse. Además, no soy un experto ni con ese espíritu emprendí este trabajo. Mi propósito es poner al alcance del lector una información que se antoja comunicar: el agua es el elemento más maravilloso que conozco y, con un poco de las varias cosas que diré, espero despertar su curiosidad para investigar aún más sobre este fascinante campo.
Tales de Mileto, el filósofo griego del siglo VI a.C., afirmó que el agua era la sustancia original, de la cual todas las demás (tierra, aire y fuego) estaban formadas. Anaximandro, unos años más tarde, y otros filósofos después, concluyeron que más bien hay una cierta proporción de fuego, aire, tierra y agua en el mundo, que cada uno lucha por extender su imperio y que se presenta la necesidad natural de restablecer el equilibrio. La consideración de Tales lleva mucha verdad en el sentido de que en todo hay agua; de hecho, Isaac Newton, en el siglo XVII, escribió su tratado De Natura Acidorum, en donde sostenía que todo cuerpo podría ser reducido a agua.
En el agua se originó la vida y de ella sigue dependiendo. Esto, por cierto, sucede porque el agua es una sustancia completamente fuera de lo común: es líquida en condiciones normales, cuando “debería” ser gaseosa, y su forma sólida flota sobre su forma líquida, cuando “debería” ser al revés; su forma líquida semeja más un sólido que un líquido ordinario. Cuando se congela se forma el hielo, o mejor dicho, alguno de los hielos, pues hay nueve distintos. ¡Vaya lío!
Con la excepción de productos exóticos, el agua es el mejor disolvente que existe (de sólidos, de líquidos y de gases). Si el agua no fuere así no podría sustentar la vida, pues gracias a esta propiedad conduce los nutrientes a los seres vivos y elimina sus desechos; además, lleva el oxígeno a los seres acuáticos.
El 71% de la superficie de nuestro planeta está cubierto por ella; millones de toneladas, en forma de vapor, flotan en la atmósfera y sin embargo grandes regiones terrestres carecen de ella.
Los seres vivos moran inmersos en el agua o en el aire. En su interior son, en gran medida, agua: en el agua se originó la vida y de ella sigue dependiendo.
La enorme presión de la actividad humana sobre la disponibilidad de este recurso en los asentamientos humanos, los centros industriales y los turísticos, y en las zonas agrícolas, exige de un gran esfuerzo para proveerla en la cantidad y con la calidad adecuada. El consecuente problema de las aguas residuales es de magnitud comparable.
¿Qué es el agua?, ¿cómo existe en la naturaleza y cómo es utilizada por los seres vivos? ¿Cómo llega y cómo sale de las ciudades? Conocer este elemento es necesario para apreciarlo, conservarlo y no deteriorarlo.
Es por las propiedades del agua, en particular por su gran capacidad de disolver otras sustancias, que es tan fácil maltratarla… hacerla inservible para la vida.
Para iniciar nuestra exploración y descubrir sus curiosidades debemos tomar un poco de agua y jugar con ella.
El agua existe en nuestro mundo en tres formas: sólida, líquida y gaseosa. Un elemento tan importante para la vida merece un nombre para cada presentación: el sólido es el “hielo”; el líquido es “agua”, así, nada más; y el gas es “vapor”, aunque las tres formas son químicamente la misma cosa.
En la naturaleza existe un cambio continuo entre cada forma (o “fase”, como se le llama científicamente) del agua. Cuando llueve, el vapor se precipita en forma de líquido y cuando graniza, el líquido, en su descenso a la Tierra, toma la fase sólida. Cuando nieva privan unas condiciones de humedad y de temperatura del aire tales que el vapor se precipita como sólido, en un proceso que los físicos llaman sublimación (en este caso, inversa). Cuando hace mucho calor el agua líquida se evapora. En la naturaleza este continuo cambio es llamado el ciclo hidrológico, al que pasaremos un poco más tarde.
FIGURA I.1. a) El hielo exhibe las líneas trazadas por el gas que escapa en el proceso de solidificación. b) El vapor atmosférico se condensa en las mañanas sobre las superficies frías, como el cristal de un automóvil. c) El líquido se evapora al dar los rayos del Sol sobre el tejado húmedo. Las tres formas del agua están presentes en nuestra vida diaria.
El primer experimento que podemos hacer con el agua es hervirla; observemos con atención: el recipiente ideal es uno de vidrio (cuide que sea resistente al fuego), pues así se podrá observar el fenómeno por todos los lados. Al poco rato de puesta en el fuego, la masa cristalina del agua empieza a enturbiarse, debido a que las capas inferiores al calentarse se deslizan hacia arriba y dejan caer a las superiores, que son más frías y pesadas. El movimiento, de tipo circular, se llama convectivo y sucede también en la atmósfera; por el mismo motivo las luces distantes parecen parpadear.
Más tarde empiezan a formarse burbujas, producto del desprendimiento de los gases disueltos en el agua (principalmente aire). El proceso se conoce como desgasificación.
Ya a punto de entrar en ebullición se forman borbotones, combinación de uno y otro efecto (convección y desgasificación). Si dejamos hervir el agua por un buen rato, ésta se enturbia, pues las sales que contiene disueltas se concentran en el líquido que queda. En resumen, el agua se mueve verticalmente por efecto del calentamiento, contiene gases disueltos, que son evidentes al desprenderse por causa del aumento de temperatura y, como también contiene sales que al hervir quedan disueltas en el líquido, es de suponer que el vapor estará libre de ellas. Esto último tiene gran importancia tecnológica, pues es una manera simple de obtener agua potable de la salada (que no lo es). Que el agua tiene movimientos convectivos y, sobre todo, que contiene oxígeno disuelto, es muy importante para la sustentación de la vida acuática. La capacidad del agua de disolver y transportar sales es lo que la hace indispensable para todo tipo de vida; el contenido de sales, sin embargo, debe estar comprendido dentro de ciertos límites, pues en exceso rompe el equilibrio celular y puede extraer las sales de las células y llegar a matarlas, paradójicamente, deshidratándolas.
FIGURA I.2. El fenómeno tan frecuente de “hacer hervir el agua”, visto con detenimiento, muestra todos los procesos que suceden: a) las turbulencias por el calentamiento, b) el desprendimiento de los gases disueltos y, finalmente, c) la ebullición.
Ahora juguemos con el hielo. Esta fase tiene interesantes propiedades; la más espectacular es que el líquido aumenta su volumen al congelarse. La prueba más sencilla es observar cómo el hielo desborda el nivel en una hielera (de las que hacen “cubitos” en el refrigerador). El aumento de volumen es tan grande y la presión ejercida es tan intensa que una botella cerrada dejada en el congelador puede estallar (experimento peligroso y no recomendable). Al aumentar el volumen del agua congelada su densidad disminuye y por esto el hielo flota; si ello no sucediese, los lagos y estanques se congelarían del fondo a la superficie, eliminando toda la vida acuática. La presión ejercida por el hielo al expandirse puede romper un barco atrapado en los hielos del Ártico.
FIGURA I.3. Cuando el agua líquida se solidifica, aumenta su volumen debido a la manera como se conglomeran las moléculas. Esto se puede notar en una hielera.
Otro fenómeno interesante es el del rehielo. Tomemos un cubo de hielo y coloquémoslo en la boca de una botella. Por medio de un alambre delgado (lo más posible), suspendamos dos objetos pesados, por ejemplo dos tuercas, colgando a uno y otro lado del cubo. La presión que ejerce el alambre sobre el hielo hará que éste se hunda, pero al ir pasando, el hielo se congelará de nuevo, de suerte que el alambre atravesará el cubo y éste al final quedará intacto. Aunque al pasar el alambre funde al hielo, como la temperatura se mantiene constante, el líquido se vuelve a solidificar.