Wednesday, April 05, 2006

La ventana del agua

Cuando pensamos en asuntos tan trascendentales y apasionantes como el origen de la vida en la tierra leemos sencillos experimentos, argumentos aplastantes que se comprueban día a día y nuevas ideas que asombrosamente se constatan en recónditos lugares de la tierra donde las condiciones son extremas.
Casi siempre aparece una pieza clave: el agua.
El agua es genial, sencillamente. Es el líquido más común que tenemos, el más estudiado y el que posee más propiedades extrañas. Sería interminable examinar una por una todas las propiedades, hoy hablaremos de una, no por todos conocida, que comprobamos todos los días y que ha supuesto cosas importantes: el agua es transparente.
Y esto, ¿qué quiere decir? ¿Es tan importante?
Antes un pequeño repaso sobre la luz, la frecuencia y la intensidad.
La luz, como toda onda, tiene cosas importantes:
  • La longitud de onda (λ): lo larga que es. Una ola de la playa es una onda y normalmente tiene una longitud de... quince metros, en los días calmados, aunque si lo calculamos mal acabamos comprobando un hecho interesante: por cada litro de agua hay 35 gramos de sal, que sabe muy mal.
  • La frecuencia (ν): el número de veces que hay una ola en cada rato. Lo medimos con respecto a los segundos, pero para que nos llamen raros decimos Herzios.
Y resulta que en la luz estas dos cosas multiplicadas son igual a la velocidad, que como ustedes saben es algo maravillosamente rápido y constante, y la llamamos c. Así pues:
λ·ν = c
La intensidad de la onda es la energía que lleva, más no necesitamos saber, bueno, sí, en verano la intensidad de la luz del sol viene más cargadita, ahí tenemos a los guiris rojos.
Ahora pues, ¿es cierto que la velocidad de la luz es la misma siempre? Ciertamente no.
En el agua la luz va más lenta, y más lenta aún en el diamante. ¿Porqué? Sencillo: la luz es el maravilloso resultado de haberse puesto de acuerdo los campos eléctrico y magnético (un acuerdo de noventa grados) y resulta que al entrar estos dos en sitios como el agua o el diamante, pues se dedican a juguetear con los átomos del lugar, es decir, se retrasan (¡a veces se adelantan!) y la luz va despacito... hasta desaparecer.
El ejemplo es que si nos metemos en lo profundo del océano está oscuro: a unos cuántos cientos de metros nos encontramos en la noche más absoluta. Otro ejemplo más casero son las hojas de plástico de transparencias de clase: con una casi no hay diferencia, con dos comenzamos a notar menos detalles, con seis la cosa está complicada y con con veinte tenemos algo totalmente opaco, el plástico absorbe la (onda de) luz y en pocos centímetros de grosor ha quedado extinguida.
¿Y bien? Ya nos acercamos. A esto último comentado se le llama índice de refracción y no es más que lo que un material tuerce/absorbe la luz. Como ya os habréis imaginado cada material tiene su índice de refracción diferente; el zumo de naranja lo tiene alto, porque normalmente no vemos mucho a través de él, especialmente si es natural, y el agua lo tiene bajo, el vidrio también tiene el suyo y si es de botellas de cerveza (verde, marrón) será también diferente.
Pero no todo es tan sencillo, es mucho más... apasionante. Y es que si la luz va a veces más despacio en algunos sitios que en otros, también los materiales tuercen/absorben más la luz según la luz tenga una frecuencia u otra. Y esto tiene miga, porque como ustedes saben la luz natural del sol o la de una bombilla (incandescente) está hecha de muchos colores diferentes, cada uno de ellos tiene una longitud (y por tanto una frecuencia) determinada... ¡cielos! ¿Eso quiere decir que si echamos luz en el agua la parte verde irá más rápido que la violeta? En efecto, las algas no eligen ser verdes o amarillas porque está de moda, saben muy bien lo que se hacen.
Conclusión, el índice de refracción que tuerce/absorbe la luz es diferente en cada material y además depende (entre otras cosas) de la frecuencia de la luz (onda electromagnética).
¿Y entonces cómo es posible que, de entre tantos materiales y líquidos raros hemos tenido que dar por todas partes con uno que absorbe luz, con lo que molaría que no absorbiese nada? Bueno, ante eso hemos de decir que es muy bueno que al agua absorba luz, aunque no podamos ver los pececitos, las plantas están la mar de contentas. Pero... ¿Porqué el agua? La explicación está en gráfica aquí abajo (pincha para ver más grande):

No entiendo nada.
El eje vertical: muestra cuánta energía absorbe el agua a la onda electromagnética por centímetro de camino que la luz ha recorrido en el líquido (que no siempre es luz, a veces es una onda de radio, o una microonda, o un rayo super mortífero del espacio exterior).
El eje horizontal: nos dice qué tipo de onda electromagnética es, hemos de fijarnos lo poquito que de ese eje corresponde a la luz natural, el resto son cosas que nos suenan, pero que, en efecto, no vemos. Por cierto, a medida que vamos a la derecha las ondas son más energéticas, así que cuidado.
Y es que la madre naturaleza es muy sabia y ha elegido el agua por sus múltiples propiedades. Fijáos en la vertiginosa caída de la absorción del agua justo en el único cachito que corresponde a la luz natural, a los colores, a lo que nosotros y el resto de animalitos de la tierra pueden ver. ¿Curioso, no? Justo cuando acaba ese llamado espectro visible la absorción aumenta de nuevo muchísimo, protegiendo a quien viva en el agua de rayos más poderosos (a partir de los rayos U.V.C. la cosa se vuelva casi letal). A esta zona tan estrecha se le llama la ventana del agua.
Así pues, tenemos suerte de vivir rodeados de agua, el agua no ha sido escogida por casualidad para ser lugar indispensable para la vida, sino que tiene muchas ventajas.
De esto y mucho más se dieron cuenta los ingenieros navales durante la II Guerra Mundial: tenían que hacer que los submarinos se comunicasen entre sí y con la base terrestre a miles de kilómetros: obviamente buscaron las frecuencias más bajas, que son las que el agua menos absorbe, las de radio.
Vale, ¿y esto porqué ocurre? ¿Porqué el agua tiene un comportamiento tan extraño en esas frecuencias? Bueno, todo se debe a su forma, sencillamente. La molécula del agua tiene forma de V invertida con los átomos de hidrógeno abajo y el de oxígeno arriba. Resultan que se mueven unos respecto a otros maneras diferentes: los hidrógenos pueden bajar y el oxígeno se queda quieto, o un hidrógeno se acerca mientras el otro se aleja... Vamos, diferentes movimientos que amenazan con descuajeringar la molécula mediante estiramientos y retorcimientos. Pues resulta que cada uno de esos movimientos lo hace con una frecuencia determinada, y si le apuntamos con luz a esa precisa frecuencia... ¡zas! Absorbe la energía. Es decir, la respuesta está ahí dentro, en su especial y sencilla estructura.
Por eso los astrónomos y astrofísicos se dedican a buscar agua en todos lados, porque con un poquito que haya, hay posibilidades de tener algún minúsculo bichito disfrutando de sus propiedades, son posibilidades pequeñitas, cierto, pero son. Y eso es lo importante.
También podrían existir mundos hechos en base al metano, al amoníaco o al silicio, que son muy majos también... Pero, por supuesto, tienen otras maneras de menearse por dentro, así que la luz que absorben será de otros colores. Es decir, quizá esos mundos sean enteramente rojos, o amarillos, todo depende de la ventana por donde miremos.

Guillermo Domínguez Cañizares

Para saber más:
[1] Classical Electrodynamics, J. D. Jackson, 3rd edition, Willey & Sons
[2] http://www.lsbu.ac.uk/water/anmlies.html

2 Comments:

Blogger Naranek said...

Añade este enlace relativo a las comunicaciones unidireccionales de las bases alemanas a sus u-boat durante la 2GM:

http://uboat.net/articles/index.html?article=35

En inglés, pero bastante fácil de entender.

2:53 AM  
Blogger Guillermo said...

He leído con terror esto:

"Así pues, tenemos suerte de vivir rodeados de agua, el agua no ha sido escogida por casualidad para ser lugar indispensable para la vida, sino que tiene muchas ventajas."

Cuando quiero decir:

"[...] la vida no ha escogido el agua por casualidad para ser su lugar indispensable..."

Y es que no es lo mismo, no vayan ustedes a tacharme de Creacionista o similar.

1:34 PM  

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