?Qu¨¦ H?O bebemos en el mundo?

¡°Sorprendente impacto arom¨¢tico, en el que las frescas notas de fruta madura reverberan en un paisaje templado de hierbas de monte, hojas secas, especias, tostados y terru?o¡±, nos dec¨ªan de un vino Ribera del Duero (tira la tierra de mis padres) de 2021. Tal como los en¨®logos usan los aromas y el buqu¨¦ de los vinos para determinar su origen e historia, la f¨ªsica permite investigar el origen del l¨ªquido elemento por antonomasia, el que da cuenta de, en media, un 60% del cuerpo humano y resulta esencial para la vida seg¨²n la conocemos: el agua. No es f¨¢cil, como el trabajo de los catadores, pero se puede hacer.

Proponemos un experimento: cogemos tres vasos exactamente iguales, imposibles de distinguir. En un vaso metemos agua del Atl¨¢ntico, en otro agua del Duero y en otro imaginamos que hemos podido traer agua de un cometa. ?Podr¨ªamos distinguirlas? F¨¢cil, ?no? Los mares y oc¨¦anos, que dan cuenta del 97% del agua de nuestro planeta, contienen unos 35 gramos de sales por cada litro de agua. En cambio, el agua de un r¨ªo solo tiene 0.12 gramos de sales por litro. Si logramos separar el agua de cada vaso de las sales (para eso est¨¢ la creatividad de un cient¨ªfico, lo m¨¢s importante del trabajo experimental), claramente veremos una gran diferencia en el poso que dejan las diferentes aguas terrestres. No solo ser¨¢n distintos en peso sino tambi¨¦n en composici¨®n, ya que la mayor parte de la sal en el agua marina, alrededor de un 85%, es cloruro s¨®dico, sal com¨²n. Sin embargo, la mitad del poso de agua de r¨ªo ser¨ªa bicarbonato, mientras que la sal com¨²n ser¨ªa menos de un 20%; adem¨¢s, la composici¨®n de las sales del agua fluvial depender¨ªa en gran medida de por d¨®nde ha pasado el r¨ªo y lo que ha logrado extraer de las rocas, algo que a su vez depende de otros componentes disueltos en agua, como el di¨®xido de carbono.

Y el agua terrestre y el agua del cometa, ?ser¨ªan f¨¢ciles de distinguir? Aparte de que el agua del cometa no se ha pasado su existencia erosionando rocas pero s¨ª suele ser ¡°agua sucia¡±, mezclada con otros materiales s¨®lidos, obviamente en el agua marina y de r¨ªo habr¨ªa gran cantidad de microorganismos vivos y muertos, algo que no hemos encontrado nunca en agua extraterrestre. F¨¢cil, como pens¨¢bamos ?Pero, ?qu¨¦ pasa si ahora ponemos en marcha un experimento en el que en los vasos solo hay agua destilada? ?El agua de los tres vasos ser¨ªa exactamente igual?

Pues la respuesta es que lo m¨¢s probable es que no sea igual. Pero el experimento para comprobarlo ser¨ªa mucho m¨¢s dif¨ªcil de ejecutar. Tendr¨ªamos que bajar a nivel molecular y entender de qu¨¦ est¨¢ compuesta el agua de cada vaso. Dir¨¦is, pues de H?O, mol¨¦culas de agua con un ¨¢tomo de ox¨ªgeno por cada dos de hidr¨®geno. S¨ª, est¨¢is en lo cierto, pero no es tan sencillo.

En realidad, hablar de ¨¢tomos de ox¨ªgeno o de hidr¨®geno es enga?oso, obvia informaci¨®n importante. El que un ¨¢tomo sea ox¨ªgeno depende de que tenga 8 protones en su n¨²cleo, eso es lo que lo define, el llamado n¨²mero at¨®mico. Acompa?ando a los protones lo m¨¢s normal es encontrarse 8 neutrones y 8 electrones, lo que dar¨ªa un ¨¢tomo neutro de ox¨ªgeno que llamamos ??O. Pero hay otros 2 ¨¢tomos de ox¨ªgeno en la naturaleza, ambos estables, llamados ??O y ??O, con 8 protones y 9 o 10 neutrones, respectivamente, lo que se llaman is¨®topos de ox¨ªgeno. No son muy abundantes, el 99.757% del ox¨ªgeno en nuestro planeta es ??O, pero ah¨ª est¨¢n. Y adem¨¢s hay se conocen casi una veintena de is¨®topos inestables, que se transforman en otra cosa en t¨ªpicamente mucho menos de 1 segundo (alguno puede durar un par de minutos). Lo mismo pasa con el hidr¨®geno, que lo m¨¢s normal es que sea un solo prot¨®n con un electr¨®n, lo que se llama protio, pero puede tener tambi¨¦n un neutr¨®n, danto lugar a ?H, que recibe el nombre de deuterio. El hidr¨®geno en la naturaleza (entendiendo naturaleza como ¡°nuestro planeta¡±) es en un 99.972% ?H y pr¨¢cticamente todo el resto deuterio, con trazas de tritio (?H), que es inestable.

Pues bien, nuestros vasos de agua no solo contienen agua con ??O y ?H, sino que tambi¨¦n contienen mol¨¦culas de otras combinaciones de is¨®topos. La cantidad la establece el llamado Est¨¢ndar de Viena del agua oce¨¢nica media (VSMOW, por sus siglas en ingl¨¦s), que nos da la definici¨®n de lo que podemos llamar agua terrestre, para que no nos enga?en las compa?¨ªas envasadoras. Aunque el nombre habla de oce¨¢nica, se refiere a agua destilada, pero extra¨ªda del oc¨¦ano (en contraposici¨®n a otros or¨ªgenes terrestres). El VSMOW nos dice que en nuestro vaso de agua destilada de oc¨¦ano, 1 de cada 6420 ¨¢tomos de hidr¨®geno es deuterio, uno de cada 54100 billones es tritio, y el resto es protio. Para el ox¨ªgeno, uno de cada 499 ¨¢tomos es ??O, 1 de cada 2632 es ??O, lo m¨¢s abundante es ??O. Parece una tonter¨ªa, pero esa definici¨®n afecta a algo que nos puede resultar m¨¢s importante, como la definici¨®n de temperatura, que se realiza a partir del llamado punto triple del agua, que son las condiciones de temperatura y presi¨®n en el que el agua coexiste en equilibrio en estado s¨®lido, l¨ªquido y gaseoso. Si tenemos ¡°agua est¨¢ndar¡± seg¨²n la VSMOW, eso se produce (por definici¨®n hasta 2005) a 273.16 Kelvin, nuestra unidad de temperatura en ciencia, que equivale a 0.01?C, nuestro punto cero de temperaturas del d¨ªa a d¨ªa.

Estudiar composiciones isot¨®picas del agua es tremendamente interesante, porque si no pudi¨¦ramos distinguir el agua terrestre de la extraterrestre, si tuvieran la misma composici¨®n isot¨®pica, podr¨ªamos establecer un v¨ªnculo entre ellas, podr¨ªan tener un origen com¨²n. Si los vasos de agua fueran diferentes, entonces podr¨ªamos afirmar que no tienen un origen com¨²n o tienen una evoluci¨®n diferente.

Cerramos por hoy. Ci?¨¦ndonos a la pregunta del t¨ªtulo, podemos decir que el agua que bebemos de un vaso tiene unos 8 cuatrillones de mol¨¦culas de agua, H?O, pero esas mol¨¦culas no son todas iguales, hay, entre otros is¨®topos, varios miles de trillones de ¨¢tomos de deuterio y de ??O, adem¨¢s de los m¨¢s comunes, que son protio y ??O. Extrayendo una conclusi¨®n m¨¢s c¨®smica, la composici¨®n isot¨®pica de cualquier elemento o compuesto qu¨ªmico es una herramienta tremendamente ¨²til para conocer su origen y evoluci¨®n (el carbono es otro ejemplo muy conocido), tanto c¨®smico como terrestre. En el caso del agua, el experimento de comparar el agua de la Tierra con la de cometas ha sido ejecutado ya varias veces con distintas muestras. ?Qu¨¦ hemos aprendido? Bueno, pues lo dejamos para mi siguiente art¨ªculo, me voy a dar a la cata de Riberas del Duero mientras, porque lo de que el agua de Madrid sabe muy bien es una afirmaci¨®n bastante discutible.

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa.

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