Propiedades del agua

Vamos a repasar las principales características fisico-químicas del agua, que influyen en sus propiedades y en la vida de los organismos.

Salinidad

Tanto las aguas continentales como las marinas, especialmente estas, contienen muy diversas sales disueltas. Por ello, en el estudio de las aguas, se define el parámetro de la salinidad (S).

De forma simplificada, se entiende por salinidad la cantidad de sales disueltas por kilogramo de agua. El estudio de la salinidad es importante, entre otros motivos porque afecta a su densidad, lo cual influye en las corrientes y en la circulación cuando se estudian grandes masas de agua.

Aunque la sal más abundante en el mar es el cloruro sódico (ClNa), existen una gran cantidad de substancias disueltas. Normalmente, las aguas oceánicas mantienen unos niveles de salinidad relativamente constantes de alrededor del 3,5 %. Por su parte, las aguas continentales muestran valores muy variados. Las aguas muy puras pueden tener concentraciones de 15 mg/l, aunque los valores medios oscilan entre 60 y 200 mg/l. Las lagunas salinas llegan a concentraciones que van entre 1 y 11 g/l.

Aunque de forma tradicional la salinidad se medía mediante métodos de análisis químicos, actualmente se determina con un aparato electrónico denominado salinómetro. Este aparato mide la conductividad del agua, estrechamente relacionada con la salinidad, y mediante la introducción de electrodos en la muestra se puede saber la salinidad de forma rápida y fiable.

Presión osmótica

La salinidad también tiene influencia en la presión osmótica. Los organismos que viven en aguas muy puras o en aguas muy saladas, necesitan adaptaciones que eviten daños celulares por fenómenos de ósmosis.

En una membrana de poros tan finos que no permiten pasar el cuerpo disuelto, pero sí las moléculas de agua, como ocurre con la vejiga de cerdo, sólo habrá trasiego de agua a través. El agua siempre circulará del lado donde la concentración sea menor hacia el lado donde sea mayor, para intentar igualar ambas concentraciones. Este es el fenómeno llamado ósmosis, y la membrana que lo presenta se denomina semipermeable.

Los fenómenos osmóticos tienen gran importancia en los líquidos biológicos. Introduciendo unas gotas de sangre en agua destilada los glóbulos rojos estallan, ya que entrará agua exterior para equilibrar la concentración que es mayor en el interior del glóbulo. Si, por el contrario, sumergimos el glóbulo en una solución fuertemente salina, la célula se irá arrugando por perder agua que saldrá de ella para disminuir y equilibrar la concentración salina exterior.

pH

Una característica importante en los estudios químicos, y con gran influencia en los sistemas biológicos, es el pH. Este parámetro nos mide la acidez de un compuesto. Un pH = 7 es el que existe en un medio neutro, a partir de aquí, un pH más elevado indica un medio poco ácido, básico o alcalino; mientras que un pH más bajo indica una mayor acidez.

Desde un punto de vista más riguroso, el pH mide la concentración de iones H⁺ (protones) presentes en el medio, y se calcula mediante la fórmula:

 pH = -log [H⁺]

En el agua destilada, la concentración de iones H⁺ y de iones OH^- (hidroxilo) es la misma, y es de 10^-7 M. Por lo tanto su pH es 7. Es decir, es neutra.

La actividad de los organismos, las substancias disueltas, etc, provocarán cambios en este pH, y aunque los organismos están muy adaptados a vivir en determinados rangos de pH, no lo están en absoluto a los cambios repentinos en el mismo. En general, en aguas dulces, el pH oscila entre 6,5 y 8,7. Sin embargo, podemos encontrar valores del orden de 3 por abundancia de ácidos húmicos, aminoácidos, etc.; o, en el otro extremo, valores superiores a 9 en lagos con una gran abundancia de carbonato cálcico.

Alcalinidad

La importancia de la alcalinidad de un agua desde un punto de vista ecológico, viene dada por la capacidad para regular la acidez. Es decir un agua altamente alcalina, soportará mucho mejor fenómenos de lluvia ácida por su  poder tamponador. Aunque a la alcalinidad contribuyen diversos iones, es el calcio el que más influye.

Gases disueltos

A lo largo de su ciclo, el agua entra en contacto con diversos gases, que pueden disolverse en ella. Los principales son el oxígeno (O₂), el nitrógeno (N₂) y el dióxido de carbono (CO₂).

El nitrógeno gaseoso tiene poca importancia biológica y el dióxido de carbono forma parte de un sistema que se desarrolla más adelante. Por ello en este apartado nos dedicaremos al oxígeno.

La concentración de este gas en una muestra de agua puede ser determinada por un análisis estandarizado denominado método Winkler. 

A bajas temperaturas el oxígeno atmosférico difunde mejor en el agua, por lo que las aguas frías de los riachuelos de alta montaña son mucho más ricas en este gas que las de los cursos medios y bajos. A 0º C y 1 atm. de presión, la cantidad de oxígeno en equilibrio es de 47,5 ml/l; mientras que a 24 ºC dicha cantidad baja hasta los 26,6 ml/l.

Además, para mejorar la difusión del gas es importante que haya cierto grado de turbulencia. En un agua en reposo total la difusión del oxígeno hacia abajo sería extraordinariamente lenta.

El oxígeno presente en el agua inicialmente proviene del atmosférico, pero posteriormente aumentará su concentración si abundan los procesos fotosintéticos realizados por las algas, o disminuirá si predominan los procesos de respiración. Por ello suelen haber niveles máximos de oxígeno en las capas superficiales, donde abunda el fitoplancton, y niveles mínimos en las partes más profundas, donde predominan los procesos de respiración.

Si hay una abundante agitación, se conseguirá dispersar el oxígeno a lo largo de toda la masa de agua, siempre que ésta no sea demasiada profunda. Sin embargo, si se pasan largos periodos de estabilidad en los que apenas hay mezcla de agua, se producirá una estratificación vertical. Las zonas superiores contendrán abundante oxígeno, y parte de éste difundirá a la atmósfera, mientras que en las capas interiores el oxígeno puede llegar a desaparecer. Se consumirá por los organismos que respiran y se consumirá también para oxidar la materia orgánica que viene de las partes superiores. Esto puede llegar a provocar condiciones de anaerobiosis en las partes profundas de una masa de agua.

Sistema carbónico-carbonatos

El CO₂ es un gas presente en la atmósfera (en una concentración de alrededor del 0,033%) que en el agua forma ácido carbónico, que se disocia en dos etapas:

CO₂ + H₂O  ↔  H₂CO₃  ↔  HCO₃‾ + H⁺  ↔  CO₃⁼ + H⁺

En este equilibrio, algo más del 99 % de las moléculas están en forma de dióxido de carbono, por lo tanto, el 1 % estará en forma de ácido carbónico. Por otra parte, el contenido de CO₂ en el agua en equilibrio es de 0,3 ml/l, aunque esta cantidad puede ser mucho mayor en condiciones especiales. Por ejemplo, durante la noche polar, por un lado la capa de hielo superficial retarda la difusión del dióxido de carbono, y, además, al no haber luz los fenómenos de respiración predominan sobre los de fotosíntesis.

De forma que el estado de este equilibrio vendrá influenciado por el pH. Cuando el pH sea bajo, el equilibrio se desplaza hacia la formación de ácido carbónico, mientras que si el  pH es elevado predomina el ión bicarbonato.

Elementos químicos disueltos

Aunque en el agua pueden encontrarse numerosos elementos químicos, vamos a referirnos solamente a aquellos que tienen mayor importancia en los organismos biológico que la pueblan.

 ·       Nitrógeno y Fósforo. Existen tres elementos con gran importancia para que un determinado medio sea colonizado por organismos. Estos tres elementos son el carbono, el nitrógeno y el fósforo. El caso del carbono ha sido comentado anteriormente. Nunca es escaso, ya que puede reponerse en forma de CO₂ procedente de la reserva atmosférica. El nitrógeno, aunque es muy abundante en la atmósfera en forma de gas, escasea más que el carbono, ya que muy pocos organismos (bacterias y cianofíceas), lo pueden captar directamente de la atmósfera. El fósforo es el elemento más limitante de los tres, ya que no existe una reserva comparable a la de los otros elementos. Por ello se supone que la concentración y el suministro de fósforo, regulan la producción básica en las aguas naturales. El nitrógeno se encuentra en el agua en tres formas: gas disuelto, combinaciones orgánicas y combinaciones inorgánicas (nitratos, nitritos y amonio). El fósforo en el agua, que ya se ha señalado como el elemento más limitante sobre todo en aguas dulces, procede de la disgregación y lavado de rocas, y del que pueda liberar el sedimento. Señalar que un aumento exagerado en la concentración de fósforo, cosa frecuente por acciones antrópicas, provocará un fenómeno de eutrofización del que se hablará más adelante.

 ·       Silicio. El silicio puede encontrarse en diversas formas químicas distintas, que vienen influenciadas por el pH. Su importancia biológica viene dada al formar parte del esqueleto externo de las Diatomeas, un tipo de algas frecuentes en las aguas dulces.

 ·       Hierro. El hierro es necesario para el desarrollo de los organismos, y se halla en débil concentración en el agua. Lo encontramos en dos formas, ferrosa y férrica. La forma ferrosa es más abundante en aguas ácidas y poco oxigenadas, como turberas o en zonas profundas a las que llega poco oxígeno. Si este elemento es abundante, el hierro se presentará en forma férrica. 

Materia en suspensión

En las aguas naturales existe una amplia gama de material en suspensión. Si filtramos el agua obtendremos una parte viva, el plancton, y una fracción desprovista de vida, el tripton.

En la primera se encuentran organismos tales como algas y protozoos. En el tripton distinguimos una parte inorgánica, formada por pequeños minerales y fragmentos de rocas. Su importancia ecológica viene dada por la disminución de luz que puede causar, si su concentración es alta, y la consiguiente disminución de la fotosíntesis. La porción orgánica del tripton está constituida por excreciones y restos de organismos.