Cognome... Nome... IL CICLO DELL ACQUA

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1 Cognome... Nome... IL CICLO DELL ACQUA Nell idrosfera l acqua si sposta continuamente da un luogo all altro, seguendo un percorso di andata e ritorno detto ciclo dell acqua o ciclo idrologico; questo si svolge attraverso una successione di cambiamenti o passaggi di stato, il cui motore è l energia solare. Schema semplificato del ciclo dell acqua e suo bilancio annuale. Ogni anno si stima che circa km 3 di acqua si trasformino in vapore: km 3 provengono dagli oceani e km 3 dai continenti; una uguale quantità. Il Sole riscalda l acqua degli oceani (i suoi principali serbatoi), dei laghi o presente come umidità nel terreno e ne provoca l evaporazione, cioè la trasformazione in vapore acqueo; una parte del vapore acqueo presente nell aria proviene dalla biosfera: è quella che liberano le piante attraverso la traspirazione (o evotraspirazione). Il vapore sale nell atmosfera, incontrando zone sempre più fredde; alla fine subisce una condensazione, cioè la trasformazione in minutissime goccioline liquide (e in parte solide) sospese nell aria; le goccioline si ammassano quindi nelle nubi, che sono sospinte un po dovunque dai venti (trasporto). Le goccioline d acqua delle nubi, in condizioni opportune, si aggregano e originano le precipitazioni: soprattutto attraverso la pioggia e la neve, l acqua torna al suolo; in gran parte finisce in mare, il resto cade sulle terre emerse: tranne una frazione assorbita dal terreno e dalle radici delle piante, il resto scorre nei fiumi o s infiltra nel sottosuolo e, dopo un tempo più o meno lungo, ritorna anch esso al mare (deflusso). Una parte dell acqua presente sulla Terra è congelata allo stato solido nelle calotte polari e nei ghiacciai. Una frazione del ghiaccio fonde continuamente ed entra di nuovo a far parte del ciclo dell acqua. Attraverso il ciclo idrologico, l acqua presente sulla Terra si rinnova continuamente, mentre la sua quantità complessiva si mantiene pressoché invariata nel tempo: l acqua che beviamo è praticamente la stessa che circola sulla Terra da alcuni miliardi di anni. Ciò che può variare di anno in anno sono le proporzioni di acqua presente nei tra stati fisici: esse dipendono dalla temperatura media della superficie terrestre; se questa aumenta, si intensifica la fusione dei ghiacci e aumenta il volume degli oceani. È ciò che sembra accadere a causa dell effetto serra. Alessia Cesana

2 L IMPORTANZA DELLA TRASPIRAZIONE. Il processo della traspirazione è il più importante contributo degli organismi viventi alla circolazione dell acqua nell idrosfera. Consideriamo per esempio una pianticella di grano: è stato calcolato che questa, nel corso della sua breve vita, libera nell aria per traspirazione una quantità di acqua equivalente a quasi 200 volte il suo peso. Ciò significa che per ottenere 1 kg di raccolto è stato necessario che le radici delle piante abbiano assorbito dal suolo e inviato attraverso gli steli ben 200 kg di acqua. Solo una piccola frazione di questa, 150 g, è stata utilizzata dalle piante nella fotosintesi. Si comprende come la traspirazione delle piante abbia rilevanti effetti climatici. La copertura vegetale, infatti, funziona come una valvola che regola lo scambio di acqua tra il suolo e l atmosfera trattenendo più a lungo l umidità dell ambiente circostante e in particolare del terreno, che viene così protetto dal calore del Sole che tende a seccarlo. Dal punto di vista agricolo è molto utile conoscere il grado di traspirazione delle specie coltivate: ciò permette di decidere in modo più razionale quali sono le colture più adatte in una certa zona, tenendo conto della disponibilità di acqua e della necessità di ridurre lo spreco di acqua richiesta per l irrigazione. GUIDA ALLO STUDIO 1. Quali sono le principali trasformazioni che l acqua subisce durante il suo ciclo? 2. In che cosa consiste la traspirazione delle piante?

3 CARATTERISTICHE CHIMICHE E SALINITÀ LE ACQUE MARINE L acqua del mare contiene disciolta in forma di Sali la maggior parte degli elementi chimici naturali, anche se molti compaiono in minime tracce; altri componenti minori sono costituiti da sostanze nutrienti e gas. Nell acqua del mare, infine, si riversano anche, trasportati dai fiumi, rifiuti di vario tipo e di vario potere inquinante, provenienti da centri urbani, industrie, aree adibite ad attività agricole e zootecniche, nonché quelli derivanti da attività connesse all estrazione e al trasporto di petrolio. I Sali sono presenti come ioni idratati, cioè circondati da molecole polari di acqua; in seguito a questo meccanismo, l aggiunta di sali all acqua non ne fa praticamente variare il volume, poiché sono sfruttati gli spazi esistenti tra le molecole d acqua stesse. Il contenuto di Sali dell acqua di mare viene espressa come salinità, che rappresenta la quantità in grammi di Sali disciolti in 1 kg di acqua di mare; poiché 1 kg = 1000 g, possiamo esprimere la salinità in parti per mille. Il valore medio della salinità è di 35 g di Sali per chilogrammo di acqua marina, cioè, come si dice, è del 35 per mille (che si scrive 35 ). Ciò significa che, se facciamo evaporare completamente un chilogrammo di acqua marina, rimane un residuo solido costituito mediamente da 35 g di Sali. La presenza di Sali non fa praticamente variare il volume dell acqua, per cui si ottiene una soluzione la cui densità d, data dal rapporto d=massa/volume, sarà pari a: 1000 g / 965 cm 3 = 1,036 g/cm 3 valore che è maggiore della densità dell acqua pura a 4 C, pari a 1g/cm 3. Per la maggiore densità dell acqua salata, nel mare galleggiamo meglio che in un lago, perché riceviamo una spinta archimedea superiore. Questo miscuglio di Sali contiene, come detto, numerosissimi elementi chimici, tuttavia, per quasi il 99% è costituita da soli cinque composti, nettamente preceduti per abbondanza dal cloruro di sodio, che rappresenta oltre i tre quarti del totale(77,7%). La salinità non è uniforme: in genere, nelle zone calde tropicali e subtropicali, dove l evaporazione è maggiore, la salinità delle acque superficiali è più elevata rispetto alle zone fredde più vicine ai Poli (in seguito alla perdita di acqua come vapore, la concentrazione dei sali aumenta): la salinità diminuisce invece nelle zone dove c è un forte apporto di acqua dolce dovuta alle piogge, allo sbocco di grandi fiumi o allo scioglimento dei ghiacci polari.

4 Punte massime di salinità del 43 si raggiungono nel mar Rosso e nel golfo Persico, dove si ha intensa evaporazione. La salinità più bassa è quella del mar Baltico, dove la fusione dei ghiacci e l apporto dei fiumi immette una tale quantità di acqua dolce da far scendere la salinità al 3 4. Il Mediterraneo, che è un mare chiuso, soggetto a una maggiore evaporazione rispetto agli oceani, ha una salinità superiore alla media, pari al 38. Le sostanze dette nutrienti sono quelle indispensabili per la vita in particolare degli organismi foto sintetici e comprendono composti dell azoto, del fosforo e del potassio: una loro importante fonte è rappresentata dai prodotti di rifiuto e dai resti di organismi marini che tuttavia, per la maggior parte, tendono a precipitare sul fondo degli oceani dove si decompongono. Questi nutrienti vengono comunque riportati alle acque superficiali da particolari correnti dette di risalita e nelle aree dove si verifica questo fenomeno si riscontra la più alta produttività degli ecosistemi marini. I gas disciolti nell acqua del mare provengono per la maggior parte dall atmosfera; il più abbondante è l azoto, che è presente in proporzioni maggiori che nell atmosfera, essendo molto più solubile dell ossigeno. L ossigeno e il diossido di carbonio derivano, oltre che dall atmosfera, dall attività degli organismi viventi; gli organismi fotosintetici (alghe e fitoplancton) producono ossigeno e utilizzano diossido di carbonio; tutti gli organismi inoltre utilizzano ossigeno nella respirazione e producono diossido di carbonio. La concentrazione di questi gas è influenzata dalla temperatura: al crescere di questa, la loro solubilità in acqua di solito diminuisce. Pertanto, i mari freddi, come il mare di Norvegia, o la fascia di oceano Pacifico di fronte al Cile sono molto ossigenati e ricchi di fauna marina e perciò molto pescosi. CARATTERISTICHE FISICHE Tra le caratteristiche fisiche che, anche in combinazione con la salinità, hanno particolare rilevanza sia per la vita marina sia per i movimenti di grandi masse di acqua (correnti), figurano la temperatura, la densità e la pressione. La temperatura dell acqua del mare varia specialmente in funzione della latitudine e della profondità ed è connessa al gioco delle correnti che mette in reciproco movimento masse d acqua calde e fredde. La massima temperatura media della superficie degli oceani (circa C) si registra nella fascia equatoriale. Spostandosi verso le alte latitudini polari, fino a che, in prossimità dei Poli, si trasforma in

5 ghiaccio: ciò avviene quando la temperatura dell acqua raggiunge 2 C (l acqua salata solidifica a una temperatura inferiore a quella dell acqua pura, che è di 0 C). La temperatura dell acqua diminuisce con la profondità, secondo un particolare andamento che permette di individuare idealmente, alle medie latitudini, tre zone termiche : o Uno strato superficiale più caldo, profondo fino a circa 200 m, la cui temperatura varia con la latitudine e il ciclo stagionale (collegati all intensità dell irraggiamento solare); o Uno strato di transizione, detto termoclino, profondo fino a circa 1000 metri, dove si registra una rapida diminuzione della temperatura, fino a circa 5 C; o Uno strato profondo, dove la temperatura si abbassa regolarmente, fino a raggiungere e superare 0 C (alle grandi profondità l acqua si raffredda fino a 2 C, ma non gela, perché è salata e anche a causa della forte pressione a cui è sottoposta). Densità. Come già detto, la densità dell acqua marina è influenzata sia dalla salinità che dalla temperatura: il suo valore, che mediamente è di 1,026 g/cm3, presenta variazioni da zona a zona. In una stessa regione di mare profondo, la densità aumenta con la profondità. Nelle zone intertropicali la forte evaporazione può far aumentare la salinità e quindi la densità, per cui le masse d acqua superficiali tendono a scendere in profondità. Anche nelle zone polari l acqua è molto densa, sia per le basse temperature, sia in seguito alla formazione di ghiaccio: durante il congelamento, infatti, i Sali si separano dal ghiaccio e vanno ad aumentare la salinità dell acqua sottostante, che diventa più densa e tende a sprofondare. Questi fenomeni che si verificano ai Tropici e ai Poli rappresentano uno dei motori all origine delle correnti marine. Le acque del Mediterraneo, pur avendo temperatura elevata, sono in media molto dense poiché l evaporazione è notevole e l apporto di acqua dolce da parte dei fiumi è scarso. Penetrazione della luce. L intensità della luce solare che penetra nell acqua tende a diminuire con la profondità, tanto più quanto più l acqua è torbida per la presenza di particelle in sospensione e quanto maggiore è l inclinazione dei raggi solari.

6 L acqua stessa assorbe la luce, anche se in misura diversa a seconda della lunghezza d onda, cioè del colore: la prima a essere assorbita è la luce rossa, mentre la componente verde azzurra può arrivare, in condizioni ottimali (come nelle limpide acque subtropicali), fino a 200 m. Lo strato superficiale del mare che riceve la luce solare è detta zona fotica (dal greco fotòs = luce) ed è solo qui che possono svilupparsi gli organismi vegetali fotosintetici; oltre questa soglia, la luce diventa sempre più impercettibile e, superati i m di profondità, regna il buio più totale: si entra nella zona afotica che confina in basso con la zona abissale. Pressione. L acqua esercita su ogni corpo immerso una pressione idrostatica, che aumenta di 1 atm ogni 10 m di profondità: mentre a livello del mare ci troviamo alla pressione di 1 atm, a 10 m sott acqua saremmo sottoposti a 2 atm di pressione, a 20 m a 3 atm ecc. Le pressioni elevate non schiacciano gli animali marini, perché anche le loro cellule e le altre strutture interne presentano la stessa pressione che c è all esterno. GUIDA ALLO STUDIO 1. Realizza uno schema delle pagine lette fino ad ora e solo dopo rispondi alle domande. 2. Che cos è la salinità? 3. Come varia la salinità con la profondità? 4. Perché nel mare si galleggia meglio che in un lago? 5. Quali gas disciolti nel mare sono fondamentali per la vita acquatica? 6. Come varia la temperatura del mare con la profondità e quali sono le tre zone termiche? 7. Quali fattori influenzano la densità dell acqua di mare? 8. In che misura aumenta la pressione idrostatica del mare con la profondità? 9. Che cos è la zona fotica del mare?

7 Scegli il completamento corretto. VERIFICA DELLE CONOSCENZE 1. La superficie della Terra è ricoperta dagli oceani: a. per oltre i tre quarti b. per circa un terzo c. per circa i due terzi d. per circa la metà 2. La frazione di acqua dolce rispetto all acqua totale terrestre è compresa tra: a. 3 e 4% b. 2 e 3% c. 1 e 2% d. 0 e 1% 3. Il principale serbatoio di acqua dolce terrestre è costituito da: a. umidità del terreno b. falde sotterranee c. fiumi e laghi d. calotte polari e ghiacciai 4. La densità dell acqua è massima alla temperatura di: a. 3 C b. 0 C c. 2 C d. 4 C 5. Il vapore acqueo passa allo stato liquido in seguito a: a. evaporazione b. condensazione c. traspirazione d. liquefazione Completa le seguenti frasi scrivendo i termini opportuni. 1. L acqua ha alcune importanti proprietà: possiede un elevato potere, per cui discioglie molte sostanze; allo stato liquido ha una densità del ghiaccio, per cui questo galleggia e funziona come termico; ha un elevato specifico ed è in grado di moderare il delle regioni costiere. 2. Il ciclo dell acqua si svolge attraverso una successione di cambiamenti di promossi dall energia che fa evaporare l acqua degli, dei laghi e quella presente come nel terreno; il acqueo, insieme a quello emesso dalle piante per, sale nell atmosfera e formando le nubi dalle quali, in condizioni opportune, si originano le ; l acqua ritorna così sulla terra allo stato e il ricomincia.

8 Scegli il completamento corretto. 1. La salinità dell acqua di mare è definita come la: a. quantità in grammi di sali disciolta in 100 g di acqua di mare b. quantità in grammi di sali disciolta in 1000 g di acqua di mare c. quantità in grammi di sali disciolta in 1 litro di acqua di mare d. quantità in grammi di cloruro di sodio disciolta in 1000 g di acqua di mare 2. Dopo il cloruro di sodio, il sale più abbondante presente nell acqua di mare è il: a. cloruro di magnesio b. solfato di magnesio c. solfato di calcio d. solfato di potassio 3. La temperatura dell acqua di mare varia in funzione: a. della salinità e della profondità b. della densità e della latitudine c. della profondità e della latitudine d. della densità e della profondità Per ciascuna affermazione indica Vero (V) o Falso (F). 1. La salinità è massima nelle fredde acque polari. V F 2. Il diossido di carbonio disciolto nell acqua di mare è solo quello di provenienza atmosferica. V F 3. La temperatura dell acqua di mare non influisce sulla salinità. V F 4. La temperatura dell acqua di mare diminuisce con la profondità. V F 5. La densità dell acqua di mare è influenzata dalla temperatura e dalla salinità. V F 6. La zona profonda del mare dove non penetra la luce è detta zona fotica. V F 7. La pressione esercitata dall acqua di mare aumenta di 10 atm ogni 100 m di profondità. V F

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