I CICLI BIOGEOCHIMICI dell'acqua e del CARBONIO (parte I)

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1 I CICLI BIOGEOCHIMICI dell'acqua e del CARBONIO (parte I)

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3 Il ciclo dell'acqua (I) Il ciclo dell acqua, o ciclo idrologico, è il movimento continuo dell acqua sulla Terra, che essa si trovi sopra o sotto la superficie. Il motore di questo ciclo è il Sole: l energia termica consente l evaporazione dell acqua superficiale, soprattutto dell acqua di mare e molto meno quella delle terre emerse (il rapporto è 6:1), è da qui che si fa partire il ciclo dell acqua. (Fig.1)

4 Il ciclo dell'acqua (II) Fig.1 Ciclo dell'acqua: schema generale

5 Il ciclo dell'acqua (III) Giunta come vapore nella bassa atmosfera l acqua, trasportata dal vento, può tornare allo stato liquido anche a numerosi chilometri dalla zona di provenienza tramite condensazione: è quello che accade con le precipitazioni atmosferiche (pioggia, grandine, neve, brina ). Una parte di queste ricade in mare e chiude subito il ciclo. Un altra cade invece sulla terraferma e prende diverse strade:

6 Il ciclo dell'acqua (IV) a) il 30% evapora dal suolo, dai laghi e dai fiumi e torna nell atmosfera; b) il 20% penetra nel sottosuolo attraverso le fessure del terreno alimentando la circolazione idrica sotterranea (falde acquifere) che alimenta i fiumi attraverso le sorgenti o torna direttamente a mare; c) il 40% è assorbita dalle piante e torna all atmosfera tramite la traspirazione delle Foglie; d) il 10% scorre sulla superficie terrestre sotto forma di corsi d acqua e ghiacciai.

7 Il ciclo dell'acqua (V) A questo complesso circuito partecipano anche gli organismi, ad esempio la traspirazione delle piante è responsabile dell immissione in atmosfera di enormi quantità di acqua prelevata dal terreno attraverso le radici. Le fasi del ciclo idrologico hanno durate differenti: se nell atmosfera può rimanere anche solo poche ore o settimane, nei fiumi e laghi qualche mese, nel sottosuolo e in alcuni ghiacciai (es.quelli polari) anche millenni. In Libia e negli Stati Uniti sono state trovate delle falde acquifere contenenti acqua fossile risalente a milioni di anni fa.

8 Il ciclo dell'acqua (VI) Esiste poi l acqua immobilizzata nei minerali (acqua di cristallizzazione) o quella che impregna i sedimenti posti a grande profondità per subduzione. Non va dimenticato infine il ruolo dell acqua nella fotosintesi e nella respirazione di animali e piante.

9 Il ciclo dell'acqua (VII) Il bilancio idrico annuale è in pareggio: ogni anno in media km3 d acqua passano dall idrosfera all atmosfera attraverso l evaporazione e la traspirazione (evo traspirazione) e altrettanti tornano sotto forma di precipitazioni. Ogni anno perciò si mobilizza circa lo 0,03% del totale dell idrosfera ed occorrono anni perché tutta l idrosfera entri in circolazione. Il ciclo dell acqua a propria volta è legato ad altri cicli biogeochimici, come quello del Fosforo.

10 Il ciclo dell'acqua (VIII) Fig.2 Ciclo dell'acqua o idrologico

11 Il ciclo del carbonio (I) Nel ciclo del carbonio il ruolo della biosfera è ancor più determinante poiché il carbonio è l elemento su cui si basa la vita. Tutti gli organismi vivono infatti costruendo e demolendo le molecole organiche a base di carbonio : le piante ad esempio, grazie alla fotosintesi utilizzano l anidride carbonica dell atmosfera per costruire gli zuccheri che quando sono demoliti, attraverso il processo di respirazione cellulare, liberano di nuovo la CO2 nell atmosfera.

12 Il ciclo del carbonio (II) È per via di queste reazioni (fotosintesi e respirazione aerobia) che la nostra atmosfera, una volta ricca in metano (CH4, altro composto del carbonio) e ammoniaca (NH3), contiene 0,032 % di CO2, 21% di O2, 78% di N2 e 0,33% di H2Ovap (valore medio).

13 Il ciclo del carbonio (III) Oggi ingenti quantità di carbonio entrano nel ciclo a causa delle attività umane: i combustibili fossili, in massima parte formatisi in tempi geologici per trasformazione della materia organica in condizioni anaerobie, vengono bruciati per ricavarne energia. Il risultato? Dalla rivoluzione industriale in poi l uomo ha immesso in atmosfera sempre più CO2. Oltre a causare l effetto serra con i conseguenti, rapidi, cambiamenti climatici a livello globale, in queste condizioni anche gli oceani stanno cambiando la loro composizione chimica.

14 Il ciclo del carbonio (IV) Fig.3 Ciclo del carbonio

15 Il ciclo del carbonio (V) In condizioni normali gli oceani, sotto forma di ioni bicarbonato e carbonato, contengono più CO2 di quanta ce ne sia in atmosfera. Quando la CO2 atmosferica aumenta, la quantità in eccesso si scioglie nell acqua marina formando acido carbonico (H++ HCO3-)che attacca le rocce calcaree (CaCO3) insolubili formando bicarbonato solubile: CaCO3 insolub. + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-solubile

16 Il ciclo del carbonio (VI) In tal modo gli oceani tamponano le variazioni di concentrazione di CO2 atmosferica;la reazione è infatti reversibile Per centinaia di milioni di anni questo processo ha funzionato e ha prodotto enormi quantità di rocce carbonatiche che sono andate a depositarsi sui fondali marini. Con l aumentare progressivo di CO2 nell'atmosfera e quindi di bicarbonato nel mare, si è abbassato notevolmente il ph (acidificazione degli oceani). Si ritiene che gli attuali aumenti di temperatura e acidità degli oceani siano all'origine della morte delle barriere coralline osservata negli ultimi anni in numerose zone tropicali del pianeta.

17 Altri video: 1) Esperimenti di laboratorio, alcuni semplici e ripetibili per dimostrare quanto il ciclo dell acqua dipenda dalla clic temperatura 2) Introduzione sul ciclo dell'acqua 3) Sguardo d insieme sull acqua e alcuni suoi aspetti merceologici 4) Utile come premessa allo studio del ciclo dell'acqua o come verifica clic clic clic

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