Agua: El diluyente universal.

En alguna ocasión me enteré que el agua era vital para sostener la vida, desde sus inicios, y aún después para su desarrollo, y por supuesto la evolución de los seres vivos. También que tiene propiedades que la hacen muy especial, en la medida que la humanidad se adentraba en su conocimiento se hicieron patentes sus características físicas y químicas y más recientemente biológicas.

Químicamente el agua se considera como un diluyente, ello en consecuencia de que se constituye en el compuesto que más sustancias disuelve, sin embargo, no llega a disolver la totalidad de mezclas.

Su efecto disolvente se debe a su elevado momento dipolar, y que aunado a su facilidad para formar puentes de hidrógeno, le hace muy poderosa. Se descubrió que una molécula o ión es soluble en agua si se cumple la posibilidad de interactuar con otras moléculas, por medio de la interacción tipo ión – dipolo, por tanto es disolvente de iones y moléculas polares.

Ilustración El Disolvente Universal (el agua), tomada de swimtonictech. com

Los puentes de Hidrógeno no son propios del agua, las moléculas polares como las sales, se disuelven en el agua porque reemplazan las interacciones agua - agua con interacciones agua – soluto (en una disolución “el soluto” es la sustancia que se disuelve) que son energéticamente más favorables. Mientras que las moléculas no polares, como las grasas, obstaculizan las interacciones agua con agua, y son incapaces de interactuar favorablemente agua - soluto, estas moléculas resultan en consecuencia poco solubles en agua.

En el proceso de disolución, las moléculas del agua se agrupan alrededor de los iones o moléculas de la sustancia para mantenerlas alejadas o dispersas. Cuando un compuesto iónico se disuelve en agua, los extremos positivos (hidrógeno) de la molécula del agua son atraídos por los aniones que contienen iones con carga negativa, mientras que los extremos negativos (oxígeno) de la molécula son atraídos por los cationes que contienen iones con carga positiva. Un ejemplo de disolución de un compuesto iónico en agua es la sal común, y un ejemplo de de disolución de un compuesto molecular es el azúcar.

El agua, se convierte en un elemento facilitador en los procesos químico y biológicos entre las aguas residuales. 

El ambiente acuoso, en que se convierte al incorporarle distintas sustancias, auxilia a descomponer los contaminantes, debido a su capacidad de convertirse en una solución homogénea, la cual es factible sea tratada de manera flexible.

Los microorganismos que viven en el agua pueden acceder a los residuos disueltos y se vuelve su alimento, descomponiéndoles en sustancias menos contaminantes.

Para ello, los tratamientos aeróbicos se utilizan de forma generalizada al añadir directamente oxígeno, o bien aire a la solución, con lo que se obtiene el incremento en la velocidad de descomposición y reduciendo la reactividad de las sustancias nocivas que lo componen.

Y descubrimos la importancia del agua en la Biología de los seres vivos, participa en las reacciones bioquímicas dentro de las células y aún en forma externa a ellas.

El agua, como se sabe, es muy importante en los organismos, ya que tiene diferentes funciones, pues su capacidad de ser solvente universal de la mayoría de las moléculas orgánicas e inorgánicas. Funciona como sustrato, es decir, una molécula sobre la que actúa una enzima; o bien un cosustrato (también conocidas como coenzimas y que se encargan de transportar compuestos químicos entre enzimas) o producto en múltiples reacciones metabólicas, determina la estructura y propiedades de las moléculas que hidrata, además es el medio en el que se llevan a cabo la mayoría de las reacciones químicas corporales, el transporte de sustancias y es el regulador térmico en el organismo.

Todo lo anterior debido a sus asombrosas propiedades físico-químicas,como son: su constancia dieléctrica, debido a la presencia de un átomo, como lo es el oxígeno, muy negativo eléctricamente, y su complemento, nada negativo, como lo es el átomo de hidrógeno; su densidad; su tensión superficial; su elevado calor de vaporización y su constante de ionización (posee una conductividad elevada).

La energía eléctrica que se requiere para el funcionamiento de los seres vivos, es propiciada por el agua, y en los organismos, este líquido es propiciador de ella.

El planeta está cubierto por agua en un setenta por ciento, y ahora existe la explicación de su origen, con una teoría sorprendente por la profundidad de los conceptos involucrados.

El agua llegó a la Tierra con la formación de la Luna.

Un grupo de “Planetólogos” adscritos a la Universidad de Münster (Alemania) lograron demostrar, por primera vez, que el agua llegó a la Tierra con la formación de la Luna hace unos 4 mil 400 millones de años.

Se plantea que “La Luna” se formó cuando el planeta (que se encontraba en formación) fue golpeado por un cuerpo del tamaño de Marte, también llamado “Theia” (Tea que en la mitología griega es una titánide, cuyo nombre podría ser “brillo amplio”, y que con su hermano “Hiperión”, dio nacimiento a: “Helios” (el sol), “Eos” (la aurora), y “Selene” (la luna), llamados “Las Luces del Cielo”). 

Fotografía Escultura de “Tea” madre de Selene (la luna), tomada de Mitología Info.

Lo novedoso es que hasta ahora, los científicos habían asumido que Theia se originó en el sistema solar interior, cerca de la Tierra.

Pero, los investigadores de Münster, pueden demostrar que “Theia” proviene del sistema solar exterior y que entregó grandes cantidades de agua a la Tierra. Los resultados se publicaron en la revista:“Nature Astronomy” en el mes de mayo del año actual (2019).

En detalle se tiene que nuestro planeta se formó en el sistema solar interior, considerado "seco", por lo que es algo sorprendente que contenga agua y en tan enorme proporción.

Para entender, la razón de ello, habremos de retroceder en el tiempo, hasta cuando el sistema solar se formó, esto es, hace unos 4 mil 500 millones de años.

De estudios anteriores, se sabe que el sistema solar se estructuró de tal manera que los materiales "secos" se separaron de los materiales "húmedos”.

Existía un gran cantidad de cuerpos celestes que arribaban a la Tierra, impactaban la superficie existente, pero, había distintos tipos de ellos. Los meteoritos llamados "carbonosos", que son relativamente ricos en agua, se establece provienen del sistema solar exterior, mientras que los meteoritos “no carbonosos”, mucho más secos, provienen del sistema solar interior. 

Ilustración Teoría de la formación de la Luna por impacto, tomada de Astromia. com

Anteriores trabajos habían demostrado que los materiales carbonosos probablemente fueron los responsables de entregar el agua a la Tierra, sin embargo, se desconocía cuándo y cómo este material carbonoso, y por lo tanto el agua, llegó a la Tierra.

Explica el doctor Gerrit Budde del Instituto de Planetología en Münster y autor principal del estudio: "Hemos utilizado isótopos de molibdeno para responder a esta pregunta. Los isótopos de molibdeno nos permiten distinguir claramente el material carbonoso y el no carbonoso, y como tal representan una 'huella genética' del material del sistema solar exterior e interior".

El molibdeno (número atómico 42), es un metal del grupo seis de la tabla periódica de elementos químicos, de los llamados “elementos de transición” que presenta un punto de fusión muy elevado y una gran resistencia a la corrosión, no se encuentra libre en la naturaleza, resultando muy importante desde el punto de vista biológico, pues es un oligoelemento (un elemento presente en muy pequeña cantidad en las células de los seres vivos) en el suelo, en el que contribuye al crecimiento de las plantas.

Las mediciones realizadas por los investigadores de Münster demuestran que la composición isotópica del molibdeno de la Tierra se encuentra entre las de los meteoritos carbonosos y no carbonosos, lo que demuestra que parte del molibdeno de la Tierra se originó en el sistema solar exterior. 

En este contexto, las propiedades químicas del molibdeno desempeñan un papel clave porque, como es un elemento amante del hierro, la mayor parte del molibdeno de la Tierra se encuentra en el núcleo.

"El molibdeno, al que se puede acceder hoy en día en el manto de la Tierra, se origina en las últimas etapas de la formación de la Tierra, mientras que el molibdeno de las fases anteriores está completamente en el núcleo", explica el doctor Christoph Burkhardt (Universidad de Chicago), segundo autor del estudio. Los resultados de los científicos muestran, por primera vez, que el material carbonoso del sistema solar exterior llegó tarde a la Tierra.

Pero los científicos van un paso más allá. Muestran que la mayor parte del molibdeno en el manto de la Tierra fue suministrada por el proto planeta Theia, cuya colisión con la Tierra hace 4 mil 400 millones de años llevó a la formación de la Luna.

Sin embargo, dado que una gran parte del molibdeno en el manto de la Tierra se origina en el sistema solar exterior, esto significa que Theia también se originó en el sistema solar exterior. Según los científicos, la colisión proporcionó material carbonoso suficiente para dar cuenta de la cantidad total de agua en la Tierra.

"Nuestro enfoque es único porque, por primera vez, nos permite asociar el origen del agua en la Tierra con la formación de la Luna.

En pocas palabras, sin la Luna probablemente no habría vida en la Tierra", dice la doctora Thorsten Kleine, profesora de Planetología en la Universidad de Münster.

Asimismo, se tiene que esta es la primera ocasión en que un estudio interdisciplinario mostró con claridad la evidencia material de la formación de agua en la Luna, con sus correspondientes comprobaciones físicas y químicas. 

Con los recientes descubrimientos al estudiar a nuestro satélite natural, con la sondas: “Prospector Lunar” y “Satélite de Detección y Observación de Cráteres Lunares”, se ha descubierto la existencia de agua en el interior de la Luna, en sus polos, su origen es una incógnita que poco a poco se va aclarando.

Ralf I. Kaisery Jeffrey Gillis-Davis, del Instituto de Geofísica y Planetología de Hawai, diseñaron los experimentos para probar la sinergia entre los protones de hidrógeno del viento solar, los minerales lunares y los impactos de micro meteoritos.

Fue el periódico La Jornada del martes 21 de mayo de 2019, quien me presentó la publicación de la agencia “Europa Press”, dando pie a esta nota. La información fue ampliamente difundida por diversos medios, y se consigna la participación de cincuenta científicos de diversas universidades e institutos. Entre otros: Gerrit Budde (University of Münster), Thomas S. Kruijer( Lawrance Livermore National Laboratory), Christoph Burkhardt (Chicago University), Mario Fischer Gödde (University of Cologne), Greg Bennecka (University of Münster), Coonel M. O’D. Alexander (Carnegie Institution for Science), Aaron C. Boley (Unversity of Florida), Sara S. Russell (Natural History Museum, London), Thorsten Kleine (University of Münster), Knut Metzler (University of Münster), Anthony J. Irving (University of Washington Seattle), Ralf I. Kaiser (University of Hawaii at Manoa), Jeffrey Gillis Davis (University of Hawaii at Manoa).

Fotografía del Doctor Gerrit Budde, tomada de Uni-muenster.de

Ello demuestra una vez más que en la actualidad es el trabajo conjunto es el que corona los esfuerzos de la comunidad científica y trae un enriquecimiento de trascendencia al acervo de la humanidad.

Mientras que, por otro lado tenemos resultados de otro estudio sobre la Luna y el agua que contiene. La Luna no es árida en grado extremo como originalmente se pensaba.

La Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA) señaló de manera reciente: 

“Se mueven moléculas de agua en el lado diurno de la Luna.”, los expertos identificaron agua superficial en poblaciones dispersas de moléculas unidas al suelo lunar o regolito.

La misión “Lunar Reconnaissance Orbiter”(LRO), (Orbitador de Reconocimiento Lunar) dependiente de la NASA ha revelado la existencia de moléculas de agua moviéndose alrededor del lado diurno de la Luna.

Esta sonda fue lanzada el 18 de junio de 2009, equipada con siete instrumentos para monitorear adecuadamente la superficie lunar e identificar sitios seguros de alunizaje para los futuros exploradores, a localizar recursos potenciales y a describir el ambiente de radiaciones en la Luna, así como también colaborar para poner a prueba nuevas tecnologías. El día 23 de ese mismo mes la sonda captó y envió fotografías de los lugares donde habían alunizado las distintas misiones Apolo.

Un artículo publicado en “Geophysical Research Letters” describe cómo las mediciones del instrumento “Lyman Alpha Mapping Project” (LAMP) (Proyecto de Mapeo Lyman Alfa), de la capa dispersa de moléculas temporalmente adheridas a la superficie, ayudaron a caracterizar los cambios en la hidratación lunar en el transcurso de un día.

Hasta la última década, más o menos, los científicos pensaban que la Luna era árida, y que el agua existía principalmente como bolsas de hielo en cráteres permanentemente sombreados cerca de los polos.

Más recientemente, los científicos han identificado el agua superficial en poblaciones dispersas de moléculas unidas al suelo lunar llamado “regolito”. La cantidad y las ubicaciones varían según la hora del día. Esta agua es más común en latitudes más altas y tiende a manifestarse cuando la superficie se calienta.

Las moléculas de agua permanecen fuertemente unidas al “regolito” hasta que las temperaturas de la superficie alcanzan su punto máximo cerca del mediodía lunar. Luego, las moléculas se desorientan térmicamente y pueden rebotar a un lugar cercano lo suficientemente frío como para que la molécula se adhiera a la atmósfera o exósfera extremadamente tenue de la Luna, hasta que las temperaturas desciendan y las moléculas regresen a la superficie.

Los científicos plantearon que es factible que sean los iones de hidrógeno contenidos en el viento solar, sea la fuente de la mayor parte de agua en la superficie del satélite natural.

Dijo el Dr. Kurt Retherford, principal investigador del instrumento LAMP del Instituto de Investigación del Suroeste en San Antonio, Texas: “Este es un nuevo resultado importante sobre el agua lunar, un tema candente ya que el programa espacial vuelve a centrarse en la exploración lunar”, y añadió: “Recientemente, convertimos el modo de recolección de luz del LAMP para medir las señales reflejadas en el lado iluminado de la luna con más precisión, lo que nos permite rastrear con mayor precisión dónde está el agua y cuánto está presente”.

El doctor Michael Poston de South West Researche Insitute (SwRI), ahora científico investigador del equipo LAMP, había realizado previamente experimentos extensos con muestras de agua y lunares recolectadas por las misiones Apolo. Esta investigación reveló la cantidad de energía necesaria para eliminar las moléculas de agua de los materiales lunares, lo que ayuda a los científicos a comprender cómo el agua está ligada a los materiales de la superficie.

Bajo este nuevo estudio ha expresado: “La hidratación lunar es difícil de medir desde la órbita, debido a la forma compleja en que la luz se refleja en la superficie lunar. Investigaciones anteriores informaron cantidades de moléculas de agua saltando que eran demasiado grandes para explicar con procesos físicos conocidos. Estoy entusiasmado con estos últimos resultados porque la cantidad de agua interpretada aquí es consistente con lo que las mediciones de laboratorio indican que es posible".

Fotografía de la Doctora Amanda R. Hendrix, tomada de En Wikipedia. org

Los científicos han planteado la hipótesis de que los iones de hidrógeno en el viento solar pueden ser la fuente de la mayor parte del agua de la superficie de la Luna. Teniendo esto en cuenta, cuando la Luna pasa por detrás de la Tierra y está protegida del viento solar, la "espita de agua" debería apagarse. Sin embargo, el agua observada por LAMP no disminuye cuando la Luna está protegida por la Tierra y la región influenciada por su campo magnético, lo que sugiere que el agua se acumula con el tiempo, en lugar de "llover" directamente desde el viento solar.

"Estos resultados ayudan a comprender el ciclo lunar del agua y, en última instancia, nos ayudarán a aprender sobre la accesibilidad del agua que los humanos pueden usar en futuras misiones a la Luna", dijo Amanda R. Hendrix (nacida en 1968), científica principal del “Instituto de Ciencia Planetaria” y autora principal del estudio. "El agua lunar puede ser utilizada potencialmente por los seres humanos para producir combustible o para el blindaje de radiación o la gestión térmica; si no es necesario enviar estos materiales desde la Tierra, eso hace que estas futuras misiones sean más asequibles".

Por otro lado, el doctor John Keller científico adjunto del proyecto LRO del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, dijo: “Este resultado es un paso importante para avanzar en la historia del agua en la Luna y es el resultado de años de datos acumulados de la misión LRO”.

Imagen de una LAB, Lyman – Alpha Blob, tomada de allan-astronomia. Blogspot . com

Para aclarar el nombre del instrumento en el proyecto de mapeo, es imprescindible explicar que una “Lyman – Alpha Blob” (LAB), (Burbuja Lyman-Alfa), es una enorme nube de hidrógeno, una gigantesca concentración de gas, del tamaño de varias galaxias, esto es, de varios cientos de miles de años luz.

LAB son los mayores objetos conocidos en el universo, con más de cuatrocientos mil años luz de diámetro, estas estructuras de tejido blando, de hidrógeno, quizás los orígenes del universo, son similares a una nebulosas que emiten fuertemente en la línea de emisión ultravioleta de Lyman-Alpha del hidrógeno. Pero estas burbujas están tan lejanas que su luz se desplaza al rojo y se hacen visibles para nosotros, se ha establecido que la luz proveniente de la más conocida y estudiada de las LAB nombrada como “SSA22-Lyman-alfa 1”, descubierta en el año dos mil, ha tardado en llegar a la Tierra one mil quinientos millones de años.

Se conoce esta radiación ultravioleta Lyman - Alfa, a la que se produce cuando un átomo de hidrógeno presenta la caída de su electrón del nivel orbital n=2 al estado fundamental n=1.

El espectro que se dispone en los Rayos X de LAB, permite atisbar la presencia de un agujero negro supermasivo, y podrían representar una etapa temprana de la formación de galaxias y sus correspondientes agujeros negros. Actualmente LAB, son un reto vigente, pues ni siquiera se conoce cual es el mecanismo que produce la línea de emisión, ni tampoco la forma en que se conectan con las galaxias circundantes.

El “Diario de la Ciencia” dio a conocer esta información el 8 de febrero del año actual, y días después por medio de la agencia “Europa Press”, el lunes 11 de marzo de 2019, el periódico “La Jornada” lo publicó.

Como es patente, ahora la información fluye mucho más rápido a todos lados, y este tipo de descubrimientos se convierten en hechos difundidos extensamente con bastante oportunidad, y salimos beneficiamos de ello.

El “disolvente universal”, se continúa estudiando, se ha encontrado su presencia en muchos lugares, que se antojaban poco probables hasta hace poco tiempo, ahora se puede inferir con fuertes bases, sobre la causa que llenó el planeta de ella.

Se sabe del papel preponderante que desempeña en la evolución de la vida, como la conocemos en la “Tierra”, desde su inicio y su posterior evolución. Su presencia en el “Cosmos” no es tan rara como se solía pensar, y como se descubrió,en nuestro satélite natural su actividad cotidiana era difícil de imaginar y ahora se ha observado físicamente.

Mucho está por venir, los descubrimientos realizados por una comunidad científica internacional, con suficiente nivel de competencia, pero sin un tan marcado sello de individualismo, augura avances constantes, de los que ya somos testigos.