Ura: likido berezi baten bitxikeriak
Elhuyar Fundazioa
Legerik betetzen ez duen molekula
Oxigeno-atomo bat hidrogenozko birekin uztartua da ura: H 2 O; horixe besterik ez. Formula guztiz sinplea eta ezaguna; dudarik gabe, ikasi dugun lehena. Hain molekula sinplea izanik, badirudi horretaz ezer ezagutu nahi bada nahikoa litzatekeela kimikari buruzko edozein oinarrrizko testuliburu hartu eta bertatik ondorioak ateratzea. Bere egiturak ez du bestelako berezitasunik iradokitzen.
Uraz beti esan den lehen gauza, hauxe da: egoera puruan, ez kolorerik, ez usainik, ez zaporerik duen likidoa dela. Baina hortik aurrerako propietateak guztiz bereziak dira eta berezitasun horri esker dago bizia gure planetan.
Celsius-ek termometroa asmatu zuenean, bi propietate hauek hartu zituen oinarritzat: uraren irakite-tenperatura eta izozte-tenperatura. Lehenengoa 100°C-rekin bat etor erazi zuen eta bigarrena 0°Crekin. Tartea ehun zati berdinetan banatu zuen, bakoitzak gradu bat azalduz. Honela sortu zen tenperatura neurtzeko lehen tresna. Celsius-ek ez zekien ordea, bi propietate hauek urarengan ez direla arruntak magnitudeari gagozkiolarik. Zientzilariek badakite likido baten irakite-puntuak molekularen tamainarekin zerikusia duela. Hau da, molekulak, zenbat eta txikiagoak izan orduan eta irakite-puntu baxuagoa dute.
Horren arabera urak, bere tamainako beste molekula batzuekin alderatuz gero, legokiokeena baino askoz ere irakite-tenperatura altuagoa du.
Beste alderdi batetik ere azter daiteke puntu hau, eta ondorioa antzekoa izango da. Ezaguna da taula periodikoko talde bereko elementuetatik eratorritako konposatuen propietateak edonolakoak ez direla; taulan duten lekuaren arabera aurresan daitezkeela baizik.
Oxigenoa, sufre, selenio, teluro eta polonioaren talde berekoa da eta urak, —oxigenoaren hidruroak—, talde honetako elementuen hidruroen formula bera du: H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, H 2 Po. Konposatu guzti hauen irakite-tenperatura ezaguna da eta erregularki handituz doa suferaren hidrurotik polonioareneraino; azken hau pisuagoa bait da.
Urak aldiz ez dio erregulartasun horri jaramonik egin eta dagokion irakite-tenperatura baino dexentez altuagoa du. Horri esker, ura likidoa da guretzat arruntak diren tenperaturatan eta ez gasa, familia horretako gainerako hidruroak bezala.
Izozte-tenperaturarekin ere antzeko zerbait gertatzen da: taldeko beste elementuen hidruroenarekin alderatuz altuago da; -100°Ctik gertu ibili beharko lukeena, 0°Ckoa da.
Sistema periodikoaren legeen kontrako uraren bihurrikeria dela eta, urak lurrean agertzen dituen egoera likido eta solidoa ez-normala k dira, zeren eta legeei jarraituz gero, gas-egoeran egon behar bait luke.
Uraren beste ez-normaltasun bat aipatuko dugu ondoren: izotza ura baino arinagoa da. Horregatik geratzen dira iceberg-en tontorrak urtetatik kanpo. Puntu honi buruzko esperientzia fisikoa guztiz kontrakoa da, zeren eta gainerako substantzia guztiak pisuagoak bait dira egoera solidoan (dentsitate handiagoa dute) egoera likidoan baino.
Horregatik, urtutako metal batera metalaren puska solido bat botaz gero, ez du sekula flotatuko; hondoratu egingo da.
Uraren dentsitateak tenperaturarekin dituen aldaketak ere izugarri bitxiak dira. Substantzia guztiak beroarekin dilatatu egiten dira eta hotzarekin uzkurtu. Baina ura ez da horrekin bakarrik konformatzen eta 4°Ctan du bere dentsitate maximoa. Tenperatura honen azpitik hozten jarraituz gero, espero zitekeenaren kontra bere bolumena handituz doa izoztz bihurtu arte. Horregatik lehertzen zaizkigu botilak hozkailuan ahaztuta uzten ditugunean.
Beirazko botilak portaera normala du eta beraz hoztuz doan neurrian uzkurtuz doa, baina urak beti kontrakoa egin behar eta izoztean bere bolumena handiagotu egiten du. Eta azkar ez bagabiltza, ondorioa ezaguna da: beira-puskak hozkailuan eta botila berri bat freskatzen jarri beharra.
Dentsitate maximo honen beste ondorio ekologiko eta askoz ere garrantzitsuagoa, erreka, itsaso eta lakuak azaletik hondorantz izoztea da. Honela, azaleko izotz-geruzak isolatzaile gisa jokatzen du eta ur izoztuen azpian biziak iraun dezake.
Euriaren ondoren, haitz-tarte txikietan geratutako ura izozten denean, izotzaren bolumen-handiagotze horrek sortutako izugarrizko presioaren ondorioz, haitza puskatzea gerta daiteke edo behintzat pitzadurak sortzea.
Uraren beste ezaugarri garrantzitsu bat, duen bero-ahalmen handia da eta honek ere ondorio itzelak ditu ekologian; eguraldiaren erregulatzaile moduan adibidez.
Neguak bere lehen eguraldi hotzak bidaltzen dizkigunean urak izotz eta elur era hartzen du, gordea zuen bero-kantitate handia askatuz. Honela, neguko egun hotzak ez ditugu bapatean sentitzen; giro-tenperatura mantsoago hozten bait da.
Eta alderantziz, izotzak eta elurrak urtzean bero-kantitate handia hartzen dute ingurutik eta egun beroak polikiago sentitzen ditugu.
Beste alde batetik, itsas korronte beroak egotea ere (Gulf Stream bezalakoak) garrantzi handia du eguraldiaren erregulazioan. Korronte hau eguraldi tropikaleko lurretatik Artiko eta Antartikoko lurralde hotzetaraino heltzen da eta beroa askatuz doa bere bidaian. Arazo honetan gorabeheran dagoen bero-kantitatea benetan sinesgaitza da. Ikus ditzagun zifrak:
Gulf Stream-ek orduko airera askatzen duen energi kantitatea 200 bilioi ikatz-tonaren erreketatik sortutakoa adinakoa da. Tona-kantitate hori urteko ikatz-ekoizpenaren 2/3 da gutxi gorabehera. Beste era batera esanik, uraren bero-ahalmen altuak posibilitatzen du ozeanoek eguzkitiko energia absorbatu eta energi biltegi erraldoi bihurtzea. Esan dugunez, ur-masa erraldoi hauek poliki-poliki lurralde hotzetarantz higitzen dira energia bero moduan askatuz eta ondorioz eguraldia epelduz, tenperatur aldaketa gogorrak gerta ez daitezen.
Egia da naturan egunero gertatzen diren mila gauzatara ohitu egin garela eta ohituraren ohituraz horien aurrean harritzeko gaitasuna eta beren arrazoia bilatzeko jakinmina galdu egin dugula. Pentsatu ahal duzu sekula euria zergatik dagoen ia tanta biribilez osatua? Hau uraren propietate bitxi baten ondorio da.
Zenbait metal likidorena, merkurioarena adibidez, eta zenbait gatz funditurena ezik, uraren gainazal-tentsioa beste edozein substantziarena baino altuagoa da. Gainazal-tentsioak ura gainazal baten gainean ez zabaltzeko eta tanta moduan geratzeko eragiten duen indarraren neurria ematen du; olioan eta gasolinan gauza bera gertatzen da.
Uraren gainazal-tentsioa txikiagoa balitz, haizerik txikienarekin ere itsasoko urek kostaldeko lurrak busti egingo lituzkete. Era berean gure euritako eta gabardinek ezer gutxi egingo lukete urak gainazal-tentsio txikia izango balu; tarterik txikienean zehar pasatuko bait litzateke. Hala ere, tentsoaktibo izeneko produktuen apurrek erraz txikiagotzen dute uraren gainazal-tentsioa. Beste likidoek ez duten propietate hau dela eta, ura (izerdia) arbolatako tutu kapilar guztiz estuetan gora 80 m edo gehiagoz igo daiteke, goi-goian daude orriak elikatzeko.
Eskuak garbitzeko xaboia erabiltzeak ere, badu bere arrazoia; xaboia tentsoaktiboa da, eta erabiliko ez bagenu, uraren gainazal-tentsio altua dela eta ura ez litzateke zirrikitu guztietara helduko, hau da, ez lizkiguke eskuak ondo bustiko .
Ura biziaren prozesuetan
Aztertu ditugun propietate guzti hauen argitan, erraz esan dezakegu ura ez dela oso likido arrunta. Eta ziurta diezakegu gainera uraren propietateen artean normaltzat jo daitekeen bakar bat aurkitzea zaila izango dela. Portaera berezi honek garrantzi handia du zientziaren eta teknikaren atal askotan, baina orain hori alde batera utzi eta urak gure planetako biziak iraun dezan jokatzen duen papera aztertuko dugu.
Urak ia erreakzio biokimiko guztietan parte hartzen du. Ikus ditzagun giza gorputzak energia lortzeko dituen bideak. Guztiok dakigu, besteak beste karbono-hidratoez elikatzen garela eta hauek direla gorputzaren funtzio guztietarako behar den energiaren iturri. Karbono-hidratoek energia bihurtzeko gertatu behar duen erreakzioa, ondorengoa da: glukosaren erreketaren ondorioz, oxigenoa dela medio noski, ura eta karbono(IV) oxidoa sortzen dira.
Giza gorputzak eguneko behar duen ur-kantitatea 2,5 l da gutxi gorabehera. Ur hori jan eta edanaren bidez lortzen dugu, baina baita goian aipatu dugun erreakzio horren bidez ere. Azken bide honetatik pertsonako eta eguneko sortzen den ur-kantitatea 0,3 l-koa da. Era honetara pertsona eta animaliek kontsumitzen ditugun karbono-hidrato eta ura berriztatuko ez balira, laster agortuko lirateke. Oreka naturala landareen bidez lortzen da; erreakzio bera baina kontrako norantzan egiten bait dute eguzkitiko energiaren laguntzaz. Hau da, landareek ur eta karbono (IV) oxidotik abiatuz karbono-hidratoak sintetizatzen dituzte. Eragiketa sinple honetako erreinu begetalak 3 bilioi litro ur behar ditu egunero.
Aztertzen ari garen erreakzio honetarako pertsonako eta eguneko 185 l oxigeno behar dira. Airean oxigenoa %21 besterik ez denez, eta giza biriken efizientzia %14koa izanik, egunero 6300 l aire arnastu behar ditugu. Zifra hauek ez dute gure gaiarekin (urarekin) erlaziorik, baina komenigarri iruditu zaigu aipatzea, gure inguruneaz, eta bereziki, landareen lanaz dugun dependentziaz jabe gaitezen.
Urak biziaren prozesuetan duen inplikazioaren beste alderdi bat, bere disolbatzaile-gaitasunari loturik datorkigu. Bera da organismo bizidunetan zehar substantzien garraiorako bidea. Horretarako urak hautsi egin behar ditu egoera solidoan dagoen gorputzaren atomo edo molekulen arteko loturak, atomo edo molekula horien gorputzetik bereiztuz uraren baitan gera daitezen. Gaitasun hau dela eta, azukreak goza dezake kafesnea edo sukaldeko gatzak janaria gazitu.
Uraren disolbatzaile-gaitasunaren beste ondorio bat, oinarri biokimiko bezala jokatu ahal izatea da. Oraintxe ikusi dugu urak disolbatzaile bezala gorputzen egitura desegiteko duen gaitasuna eta orain kontraesana dirudien beste zerbait esaten ari gara; oinarri biokimikoa ren papera duela. Gezurra badirudi ere, hor ez dago kontraesanik; funtzio beraren alderdiak bait dira biak. Lehenengo alderdiari gagozkiolarik, urak azukrea edo gatza bezalako substantzia sinpleak mantentzen ditu disoluzioan, baina bigarrenean entzimak bezalako substantzia konplexuak egiturari eusten laguntzen dio.
Entzimak, gorputzaren funtzioak aurrera eramateko beharrezkoak diren erreakzio biokimikoak bideratu ahal izateko naturak sortu dituen substantziak dira. Entzimak proteinak dira, aminoazidoz osatutako molekula erraldoiak. Entzimek, perlazko idunekoek bezala forma (espazial) asko har dezakete. Entzimen kasuan disposizio espazial hori guztiz garrantzitsua da, bere funtzioa betetzeko disposizio espazial guztiz zehatza eta beste entzima guztiengandik desberdina izan behar duelako.
Zientzilariek disposizio horiek posible egiten dituzten indarrak zeintzu diren ez dituzte oraindik ondo ezagutzen, baina segurua zera da: funtzio honetarako ura beharrezkoa dela. Edozein arrazoi dela eta entzima inguratzen duen ur-disoluzioaren konposizoa aldatzen bada, proteinak bere forma propioa galdu egiten du eta ondorioz, baita bere funtzioa betetzeko gaitasuna ere.
Urak oinarri biokimiko bezala jokatuz proteinaren egitura nola mantentzen duen ez dago garbi oraindik. Esan daiteekeena zera da: uraren eta proteinaren arteko loturak oso ahulak direla eta oso erraz perturbatzen direla.
Oinarri biokimikoa ren papera ez da entzimen arlora mugatzen. Gauza bera gertatzen da beste zenbait oinarrizko egitura biologikotan; DNAaren helize bikoitzean, adibidez.
Ikusi ditugun bi alderdi hauen argitan, hau da, ura disolbatzaile eta oinarri biokimiko bezala, urak biologian jokatzen duen papera estatikoa dela pentsa daiteke. Baina, noski, hori ez da horrela: urak, fluido biologiko bezala, bizitzeko beharrezkoak diren substantziak (elikagaiak, oxigenoa) behar diren tokietara garraiatzen ditu eta era berean, metabolismoak sortzen dituen hondakinak kanporatu egiten ditu.
Portaera hau ikusteko, zifra batzuk emango ditugu. Bihotz-taupada bakoitzean 70 ml odol ponpatzen dira. Minutuko 70 taupada egiten dituela kontutan hartuz, eragiketa sinpleak egin eta hauxe lortu dugu: eguneko 7000 l odolek zirkulatzen du gure gorputzean zehar. Beste zenbait organok ere, giltzurrunak adibidez, ur-kantitate handiak tratatu behar izaten ditu.
Urak bizidunengan duen presentzia beraz garrantzitsua dela ikusi dugu, baina ez uste bizidun guztiok ur-proportzio bera dugunik. Biziaren forma guztiek eta indibiduo zehatz baten ehun guztiek ura dute, baina proportzio desberdinetan. Giza gorputzaren pisuaren %60 ura da eta marmokarenaren %99,5. Gure gorputzean berriz, garuna eta muskuluak dira ur-proportziorik altuena dutenak eta hezurrek txikiena. Ezaguna da zelula bakoitzak bere funtzionamendurako, ur-kantitate minimo bat beharrezkoa duela, baina ez da gauza handirik ezagutzen urak zelulan dituen propietateei buruz.
Bere egoera, distribuzio, funtzio eta betebeharrak eta bere irteera eta sarrerako kontrol-mekanismoak ezezagunak dira oraindik. Horregatik ez dakigu ondokoa bezalako arazoen arrazoia. Arazoa hauxe da; ehunak izozten direnean, duten uraren %20 ez da sekula izozten; ezta oso tenperatura baxutan ere. Badirudi zenbait ur-molekula babestu eta ezkutatuak geratzen dela eta ezin dutela izotzezko kristalean tokatuko litzaiekeen lekurik hartu. Ur izoztezin hau ez da bizidunengan bakarrik agertzen; mineralen poro mikroskopikoetan ere antzeko zerbait gertatzen da.
Eta bukatzeko ikus ditzagun uretako zenbait animalia eta landare bere baitan bizitzeko nola moldatzen diren.
Uraren dentsitatea airearenarekin konparatuz hain da altua, ze edozein gorputz uretan airetan baino 800 aldiz arinagoa bait da. Horren ondorioz, uretan bizi diren landare eta animaliek ez dute lurrean bizi direnek bezalako eskeleto konplexurik behar. Baina guztiak ez dira abantailak. Oxigenoak uretan duen disolgabarritasuna mugatua da eta beraz, ur-ingurunean bizi direnek arnasketarako zailtasunak dauzkate eta arnasketa-sistema konplexuak garatu behar izan dituzte.
Argi dago beraz uretan murgildurik bizitzeak badituela bere arazoak, baina ez dira txikiagoak ura oso eskas duten lurraldetan bizi direnenak. Ingurune horietan bizitzera egokitu diren bizidunek, ez dute horregatik urarekiko dependentzia txikiagoa. Alderantziz, pagatu behar izan duten prezioa oso garestia izan da; ura kontserbatzeko mekanismo guztiz konplexuak garatu behar izan bait dituzte.
Gure planetan dagoen uraren parterik handiena ez da geza; gazia baizik, eta ur gezaren %0,003a besterik ez dugu erabiltzerik. Ur honen parterik handiena Poloetan dago eta beste ur gezazko iturri nagusia atmosferako ur-lurrina da. Urtero lurrintzen den ur-kantitatea 450.000 bilioi litrokoa dela kalkulatu da. Kantitate hau zenbaterainokoa denaz konturatzeko, pentsa ezazue ur hori gure planetan uniformeki zabalduko balitz 106 cm altuerako ur-geruza sortuko lukeela. Lurrin honen %75 euri moduan berriro ere zuzenean itzultzen da ozeanotara eta gainerakoaren parte bat ibaien bidez ere ozeanotara doa.
Atmosferako ur-kantitatea 12000 bilioi litro besterik ez da. Beraz, zatiketa sinple bat eginez atmosferako ura urtero 37 aldiz birziklatzen dela aurkituko dugu.
Esan beharrik ez dago, (baina hala ere esan egingo dugu) biztanleria eta biztanleko ur-kontsumoa handituz doazen neurrian, eta guretzat erabilgarri den planeta honetako ur-gezeren proportzioa txikia izanik, ur hornidura arazo zientifikoaz gain politikoa eta ekonomikoa ere badela.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
