¿Qué H₂O bebemos en el mundo?

“Sorprendente impacto aromático, en el que las frescas notas de fruta madura reverberan en un paisaje templado de hierbas de monte, hojas secas, especias, tostados y terruño”, nos decían de un vino Ribera del Duero (tira la tierra de mis padres) de 2021. Tal como los enólogos usan los aromas y el buqué de los vinos para determinar su origen e historia, la física permite investigar el origen del líquido elemento por antonomasia, el que da cuenta de, en media, un 60% del cuerpo humano y resulta esencial para la vida según la conocemos: el agua. No es fácil, 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 Atlántico, en otro agua del Duero y en otro imaginamos que hemos podido traer agua de un cometa. ¿Podríamos distinguirlas? Fácil, ¿no? Los mares y océanos, 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 río solo tiene 0.12 gramos de sales por litro. Si logramos separar el agua de cada vaso de las sales (para eso está la creatividad de un científico, lo más importante del trabajo experimental), claramente veremos una gran diferencia en el poso que dejan las diferentes aguas terrestres. No solo serán distintos en peso sino también en composición, ya que la mayor parte de la sal en el agua marina, alrededor de un 85%, es cloruro sódico, sal común. Sin embargo, la mitad del poso de agua de río sería bicarbonato, mientras que la sal común sería menos de un 20%; además, la composición de las sales del agua fluvial dependería en gran medida de por dónde ha pasado el río y lo que ha logrado extraer de las rocas, algo que a su vez depende de otros componentes disueltos en agua, como el dióxido de carbono.

Y el agua terrestre y el agua del cometa, ¿serían fáciles de distinguir? Aparte de que el agua del cometa no se ha pasado su existencia erosionando rocas pero sí suele ser “agua sucia”, mezclada con otros materiales sólidos, obviamente en el agua marina y de río habría gran cantidad de microorganismos vivos y muertos, algo que no hemos encontrado nunca en agua extraterrestre. Fácil, como pensábamos ¿Pero, ¿qué pasa si ahora ponemos en marcha un experimento en el que en los vasos solo hay agua destilada? ¿El agua de los tres vasos sería exactamente igual?

Pues la respuesta es que lo más probable es que no sea igual. Pero el experimento para comprobarlo sería mucho más difícil de ejecutar. Tendríamos que bajar a nivel molecular y entender de qué está compuesta el agua de cada vaso. Diréis, pues de H₂O, moléculas de agua con un átomo de oxígeno por cada dos de hidrógeno. Sí, estáis en lo cierto, pero no es tan sencillo.

En realidad, hablar de átomos de oxígeno o de hidrógeno es engañoso, obvia información importante. El que un átomo sea oxígeno depende de que tenga 8 protones en su núcleo, eso es lo que lo define, el llamado número atómico. Acompañando a los protones lo más normal es encontrarse 8 neutrones y 8 electrones, lo que daría un átomo neutro de oxígeno que llamamos ¹⁶O. Pero hay otros 2 átomos de oxígeno en la naturaleza, ambos estables, llamados ¹⁷O y ¹⁸O, con 8 protones y 9 o 10 neutrones, respectivamente, lo que se llaman isótopos de oxígeno. No son muy abundantes, el 99.757% del oxígeno en nuestro planeta es ¹⁶O, pero ahí están. Y además hay se conocen casi una veintena de isótopos inestables, que se transforman en otra cosa en típicamente mucho menos de 1 segundo (alguno puede durar un par de minutos). Lo mismo pasa con el hidrógeno, que lo más normal es que sea un solo protón con un electrón, lo que se llama protio, pero puede tener también un neutrón, danto lugar a ²H, que recibe el nombre de deuterio. El hidrógeno en la naturaleza (entendiendo naturaleza como “nuestro planeta”) es en un 99.972% ¹H y prácticamente todo el resto deuterio, con trazas de tritio (³H), que es inestable.

Pues bien, nuestros vasos de agua no solo contienen agua con ¹⁶O y ¹H, sino que también contienen moléculas de otras combinaciones de isótopos. La cantidad la establece el llamado Estándar de Viena del agua oceánica media (VSMOW, por sus siglas en inglés), que nos da la definición de lo que podemos llamar agua terrestre, para que no nos engañen las compañías envasadoras. Aunque el nombre habla de oceánica, se refiere a agua destilada, pero extraída del océano (en contraposición a otros orígenes terrestres). El VSMOW nos dice que en nuestro vaso de agua destilada de océano, 1 de cada 6420 átomos de hidrógeno es deuterio, uno de cada 54100 billones es tritio, y el resto es protio. Para el oxígeno, uno de cada 499 átomos es ¹⁸O, 1 de cada 2632 es ¹⁷O, lo más abundante es ¹⁶O. Parece una tontería, pero esa definición afecta a algo que nos puede resultar más importante, como la definición de temperatura, que se realiza a partir del llamado punto triple del agua, que son las condiciones de temperatura y presión en el que el agua coexiste en equilibrio en estado sólido, líquido y gaseoso. Si tenemos “agua estándar” según la VSMOW, eso se produce (por definición hasta 2005) a 273.16 Kelvin, nuestra unidad de temperatura en ciencia, que equivale a 0.01ºC, nuestro punto cero de temperaturas del día a día.

Estudiar composiciones isotópicas del agua es tremendamente interesante, porque si no pudiéramos distinguir el agua terrestre de la extraterrestre, si tuvieran la misma composición isotópica, podríamos establecer un vínculo entre ellas, podrían tener un origen común. Si los vasos de agua fueran diferentes, entonces podríamos afirmar que no tienen un origen común o tienen una evolución diferente.

Cerramos por hoy. Ciñéndonos a la pregunta del título, podemos decir que el agua que bebemos de un vaso tiene unos 8 cuatrillones de moléculas de agua, H₂O, pero esas moléculas no son todas iguales, hay, entre otros isótopos, varios miles de trillones de átomos de deuterio y de ¹⁸O, además de los más comunes, que son protio y ¹⁶O. Extrayendo una conclusión más cósmica, la composición isotópica de cualquier elemento o compuesto químico es una herramienta tremendamente útil para conocer su origen y evolución (el carbono es otro ejemplo muy conocido), tanto cósmico 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. ¿Qué hemos aprendido? Bueno, pues lo dejamos para mi siguiente artículo, 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 afirmación bastante discutible.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vacío Cósmico es una sección 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 científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de un átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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