Molécules d'eau

L'eau a une faible masse. A la surface de la terre, elle devrait donc se trouver à l'état gazeux, à l'instar de composés similaires tels CO2, SO2 ou H2S. Si on l'y trouve à l'état liquide, c'est parce que les molécules d'eau "s'attachent" les unes aux autres par de fortes liaisons hydrogène. De telles liaisons résultent pour l'essentiel d'attractions de charges électriques. De manière générale, ces liaison mettent en relation des groupements d'atomes A- H+ (A étant un atome d'oxygène ou d'azote) avec des atomes B- (oxygène, azote, soufre), accepteur de proton (H+). D'autres liquides, les alcools par exemple, échangent également des liaisons hydrogène, mais moins que l'eau. Dans son cas, elles forment un réseau tellement dense que l'eau bout à 100° au lieu des 40° extrapolés à partir des points d'ébullition des alcools les plus légers DH3OH, C2H5OH, etc.
L'eau, qui accompagna la vie pendant 90% de son histoire, domine encore les systèmes vivants contemporains. Toutes les longues chaînes biologiques, en particulier celles chargées du transfert de l'information héréditaire, doivent leurs propriétés aux échanges de liaisons hydrogène, non seulement entre elles, mais avec l'eau. L'eau joua aussi un rôle physique en permettant la diffusion des molécules . Elle participa donc activement aux mécanismes fondateurs de la vie primitive.

Le cycle de l'eau, un cycle physique

Les cycles physiques et chimiques sont en relation étroite avec l'environnement physique et biotique. Nous avons déjà beaucoup appris sur le rôle de l'eau, de l'oxygène, du carbone et de l'azote dans le maintien des conditions de la vie; voyons maintenant comment ces substances retournent à l'atmosphère pour être de nouveau disponibles pour les organismes. Le cycle de l'eau est un mouvement ininterrompu de l'eau allant de l'atmosphère au sol et vice versa. De l'atmosphère au sol le mouvement s'appelle précipitation; le retour à l'atmosphère se nomme évaporation. Quand il pleut, une partie de l'eau s'évapore en tombant et une autre s'évapore dès qu'elle atteint la surface du sol; mais la plus grande partie de cette eau ruisselle à la surface du sol et s'écoule de ruisseaux en torrents, puis en rivières et en fleuves. Cette eau de ruissellement s'arrête finalement dans un étang, un lac ou l'océan.
L'eau s'évapore constamment de la surface de tout ce système de drainage. Une autre partie importante des précipitations pénètre dans le sol pour devenir l'eau d'infiltration. Cette eau peut atteindre un étang, un lac ou l'océan par l'intermédiaire de sources ou de cours d'eau souterrains, ou bien elle peut remonter à la surface du sol durant les périodes de sécheresse et retourner à l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau. A mesure que l'air chaud chargé de vapeur d'eau monte dans l'atmosphère, il se refroidit; la vapeur se condense alors en gouttelettes d'eau, pour former les nuages. Quand ces gouttelettes se réunissent pour former des gouttes, elle tombent des nuages sous forme de pluie. Si la vapeur d'eau se condense a une température inférieure au point de congélation, l'eau tombe sous forme de neige.

L'eau d'infiltration et son mouvement

Le sol de surface agit comme une éponge en retenant l'eau de pluie; une partie de cette eau cependant descend dans le sous-sol pour remplir les interstices entre les particules de terre. Le niveau supérieur de saturation d'eau dans le sol s'appelle la nappe phréatique; c'est la profondeur à laquelle l'eau s'arrête en s'infiltrant dans le sol. Lors d'une grosse pluie, la plus grande partie de l'eau ruissellera, plutôt que de pénétrer dans le sol rapidement saturé en surface. La profondeur de la nappe phréatique est fonction de l'importance des précipitations, de l'aptitude du sol de surface à recevoir l'eau, de la nature des couches rocheuses en profondeur, de la proximité des grandes étendues d'eau et de la température du sol. Dans les dépressions de terrains occupées par les lacs ou les étangs, la nappe phréatique se trouve au-dessus de la surface du sol. Les plantes ne se dessèchent pas entre les pluies, parce que l'eau dont elles ont besoin s'élève par capillarité à travers le sol à partir de la nappe phréatique. Une grande partie de cette eau est absorbée par les racines et retourne a l'atmosphère par la transpiration, alors qu'une autre partie remonte directement a la surface du sol, où elle s'évapore. Ce mouvement ascendant à partir des eaux souterraines constitue une partie importante du cycle; cependant la proportion la plus importante de l'eau retourne à l'atmosphère par évaporation de la surface des océans et des autres étendues d'eau.