¿Cómo pueden existir tanto agua líquida como gaseosa en la superficie de la Tierra si ambos están a la misma presión y temperatura?

Una respuesta completa incluiría una discusión sobre el punto triple del agua: punto triple

La combinación única de presión y temperatura a la cual el agua líquida, el hielo sólido y el vapor de agua pueden coexistir en un equilibrio estable ocurre exactamente a 273.16 K (0.01 ° C) y una presión de vapor parcial de 611.73 pascales (ca. 6.1173 milibares, 0.0060373 atm) ) En ese punto, es posible cambiar toda la sustancia a hielo, agua o vapor haciendo cambios arbitrariamente pequeños en la presión y la temperatura. Incluso si la presión total de un sistema está muy por encima del punto triple de agua, siempre que la presión parcial del vapor de agua sea de 611,73 pascales, el sistema aún puede llevarse al punto triple de agua. Estrictamente hablando, las superficies que separan las diferentes fases también deben ser perfectamente planas, para negar los efectos de las tensiones superficiales.

El triple punto de agua gas-líquido-sólido corresponde a la presión mínima a la que puede existir agua líquida. A presiones por debajo del punto triple (como en el espacio exterior), el hielo sólido cuando se calienta a presión constante se convierte directamente en vapor de agua en un proceso conocido como sublimación. Por encima del punto triple, el hielo sólido cuando se calienta a presión constante primero se derrite para formar agua líquida, y luego se evapora o hierve para formar vapor a una temperatura más alta.

Para la mayoría de las sustancias, el triple punto gas-líquido-sólido es también la temperatura mínima a la que puede existir el líquido. Sin embargo, para el agua, esto no es cierto porque el punto de fusión del hielo ordinario disminuye en función de la presión, como lo muestra la línea verde punteada en el diagrama de fases. A temperaturas justo por debajo del punto triple, la compresión a temperatura constante transforma el vapor de agua primero en sólido y luego en líquido (el hielo de agua tiene menor densidad que el agua líquida, por lo que el aumento de la presión conduce a una licuefacción).

La presión de triple punto del agua se utilizó durante la misión Mariner 9 a Marte como punto de referencia para definir el “nivel del mar”. Las misiones más recientes utilizan medidas de altimetría láser y gravedad en lugar de presión para definir la elevación en Marte. [3]

Siempre hay un equilibrio entre líquidos y lo mismo en estado gaseoso. Dado que las moléculas de agua líquida tienen energías variables, algunas de ellas volarán y se volverán gaseosas. El agua a cierta temperatura tiene una cierta “presión de vapor”; La presión parcial del agua que se ha convertido en vapor, cuando alcanza un estado de equilibrio estable.

Cuando la temperatura es lo suficientemente alta como para que la presión de vapor del agua sea igual a la presión atmosférica, el agua hierve. Por supuesto, esto sucede a una temperatura más baja si la presión es más baja, por lo que el agua hierve más fácilmente en una montaña.