Evaporación
Una gran parte del agua que llega a la tierra, vuelve a la atmósfera en forma de vapor, directamente por evaporación, o a través de las plantas por transpiración. La cantidad de agua que vuelve a la atmósfera por estos procesos, debido a la dificultad de medir por separado ambos términos, se reúne frecuentemente bajo el nombre de evapotranspiración.
- Evaporación (E)
El concepto de evaporación es el resultado del proceso físico, por el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso, retornando, directamente, a la atmósfera en forma de vapor. También el agua en estado sólido (nieve, hielo) puede pasar directamente a vapor. Este fenómeno se conoce como sublimación.
A efectos de estimar las pérdidas por evaporación en una zona, el término se entenderá en sentido amplio, incluyendo la sublimación. No se incluye en cambio, la evaporación de las gotas de agua en su recorrido descendente antes de alcanzar la superficie de la tierra, pues en ningún momento estas se contabilizan como aportación (precipitación) en un hipotético balance hídrico.
La evaporación es un cambio de estado, y precisa una fuente de energía que proporcione a las moléculas de agua, la suficiente para efectuarlo. Esta energía procede de la radiación solar, tanto de forma directa como indirecta.
Todo tipo de agua en la superficie terrestre está expuesta a la evaporación. El fenómeno será tanto más difícil cuanto menor sea la agitación de las moléculas y tanto más intenso cuanto mayor sea la cantidad de agua con posibilidad de evaporarse. Además, será necesario que el aire que envuelve la superficie evaporante tenga capacidad para admitir el vapor de agua. Es lo que se conoce como poder evaporante de la atmósfera.
Considerando la evaporación de una superficie de agua libre (lago, río, etc.) como la forma más simple del proceso, este se puede esquematizar de la siguiente manera: Las moléculas de agua están en continuo movimiento. Cuando llegan a la la superficie del líquido, se calientan por efecto de la radiación solar, aumenta su temperatura y en consecuencia su velocidad, creciendo por tanto, su energía cinética, hasta que algunas consiguen liberarse de la atracción de las moléculas adyacentes, y atravesar la interfacies líquido-gas, convirtiéndose en vapor. Ahora bien, la capa de aire inmediata a la superficie, se satura pronto y ocurre simultáneamente a la evaporación el proceso inverso, por el que las moléculas se condensan y vuelven al estado líquido. La diferencia entre la cantidad de moléculas que abandonan el líquido y la cantidad de moléculas que vuelven a él, marca el carácter global del fenómeno. Si es positiva se está produciendo evaporación. Si es negativa, condensación. El calor absorbido por por la unidad de masa de agua, para el cambio de estado se llama calor latente de evaporación o de vaporización.
Se han hecho múltiples intentos para correlacionar la evaporación con ciertos factores meteorológicos que influyen directamente sobre los dos medios intercambiantes (agua y aire) con la dificultad añadida de que estos factores son dependientes entre sí.
Atendiendo a la capacidad de la atmósfera que envuelve la superficie evaporante, para admitir vapor de agua, y a la posibilidad de evaporación del agua, Dalton en 1802 dio la fórmula por la que señalaba que siendo constante las demás circunstancias, la evaporación era proporcional al déficit higrométrico, o diferencia entre la tensión de vapor saturante a la temperatura del agua y la tensión de vapor existente en el aire circundante:
En esta fórmula, el coeficiente K se ajusta según la influencia de otros factores.
La tensión de vapor depende de la temperatura, y por tanto, la temperatura del aire y del agua influyen en la evaporación. La velocidad y turbulencia del viento ayuda a la renovación de la masa de aire que recibe el vapor y, en consecuencia, varía su tensión de vapor, afectando a la evaporación.
La evaporación crece al decrecer la presión atmosférica, manteniendo constantes los demás factores. Por el contrario, al aumentar la altitud, decrece la evaporación. Esta aparente contradicción se explica por la influencia de otros factores (temperatura del agua y del aire) en el ritmo de evaporación que la producida por el decrecimiento con la altitud de la presión atmosférica.
La pureza del agua es otra variable a considerar. Para una misma temperatura decrece la tensión de vapor de un agua con el aumento de los sólidos disueltos y por tanto disminuye la evaporación. Se estima en un 1% el descenso de evaporación al aumentar la concentración de sales.
Otro grupo de factores influyentes son los asociados a la naturaleza y forma de la superficie evaporante. Una superficie de agua libre presenta el mínimo de dificultades a la evaporación, que dependerá de la extensión y profundidad de la superficie. Si ambas son pequeñas, los cambios atmosféricos y el terreno, tendrán una gran influencia. En superficies extensas y profundas el terreno adyacente influye menos. La radiación solar calienta las capas superiores de agua, pero, no todo este calor se emplea en producir evaporación. Una parte calienta capas más profundas y en ellas se produce un almacenaje de calor, que cuando cesa la radiación o se enfrían las capas superiores, pasa de nuevo a ellas e incrementa la posibilidad de evaporación.
La nieve y el hielo, a veces se subliman directamente, aunque este fenómeno es difícil de medir de forma aislada. Parece ser que la sublimación aumenta considerablemente con el incremento de la velocidad del viento.
La evaporación de la humedad de un suelo sin vegetación se produce en la capa superficial. Al disminuir la humedad de ésta, se produce un desequilibrio y hay una atracción de humedad subyacente, que asciende por capilaridad a la superficie, prosiguiendo la evaporación hasta que el agua capilar se agota. El agua higroscópica en equilibrio con la humedad atmosférica no se evapora.
Cuando la subzona capilar alcanza la superficie del terreno, es decir, la superficie freática está muy próxima al suelo, la alimentación de agua capilar está asegurada. Solo en este caso se puede decir que el agua subterránea propiamente dicha se evapora directamente. El fenómeno continuará mientras no haya un descenso del nivel freático y consiguientemente de la subzona capilar. En suelos arenosos el ascenso capilar es del orden de 8 cm, mientras que en suelos arcillos alcanza los 25 cm aproximadamente.
La evaporación desde un suelo saturado, por la proximidad del nivel freático o, por otras causas (lluvia reciente o riego), tiene un valor cercano al de una superficie de agua libre en las mismas condiciones ambientales. Comparando medidas de evaporación de un suelo saturado y una superficie de agua libre se obtienen los siguientes resultados (Remenieras, 1960).
material | evaporación en superficie de agua libre |
arenas finas saturadas | 100% |
margas saturadas | 90% |
arcillas saturadas | 75-85% |
Si el suelo está cubierto por vegetación, las pérdidas de agua a la atmósfera incorporan otro sumando, la transpiración. No obstante, la evaporación a partir de un suelo desnudo es superior a la del mismo suelo cubierto con vegetación pues en éste último las radiaciones solares se amortiguan. Ahora bien, las pérdidas totales de agua, serán la suma de evaporación más transpiración de la vegetación.
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- Variaciones de la evaporación y órdenes de magnitud
La variación diaria de la evaporación está estrechamente ligada a la de la temperatura, pues, la presión atmosférica varia muy poco, en general durante el día. Así, en España, la evaporación es mínima en las primeras horas del día para ir creciendo a primeras horas de la tarde. Esta evolución puede alterarse de forma aleatoria e importante por las variaciones del viento.
Para un mismo mes, en distintos años las medidas pueden ser muy diferentes. En cambio, los valores anuales varían poco.
La radiación promedio anual que, como máximo llega a la superficie de la tierra es del orden de 700 cal/cm2.día. Una superficie de agua libre refleja de un 5 a un 15% de esta radiación incidente. Por tanto, como para evaporar 1 cm3 de agua se precisan 5858 calorías, si toda la radiación neta se aplicase a evaporar agua, se obtendría una evaporación promedio de 11 mm por día, es decir, un máximo anual de 4000 mm/año, aproximadamente.
Las mayores medidas registradas son de 3200 mm/año (Eilath, Israel)
Localización | Evaporación (mm/año) |
Regiones tropicales húmedas | 1500 |
Regiones tropicales secas | 3000 |
Francia, excepto cuencas mediterráneas | 660-700 |
Sur de Francia | 100-1500 |
Lago Tchad | 2260 |
Mar Muerto | 2400 |
Lagos Michigan y Hurón | 643 |
Lagos de Alta montaña (Alpes: 2000 m) | 200 |
Valores | |
La evaporación mensual varía mucho con la estación del año, siendo valores corrientes entre 20-30 mm/mes, en la estación fría y superiores a 100 mm/mes en la estación cálida.
