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UNIVERSO ACQUA Una sostanza per la Terra Una sostanza per la vita Parte I Lacqua e le sue proprietà chimico-fisiche Il ciclo dellacqua La distribuzione.

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Presentazione sul tema: "UNIVERSO ACQUA Una sostanza per la Terra Una sostanza per la vita Parte I Lacqua e le sue proprietà chimico-fisiche Il ciclo dellacqua La distribuzione."— Transcript della presentazione:

1 UNIVERSO ACQUA Una sostanza per la Terra Una sostanza per la vita Parte I Lacqua e le sue proprietà chimico-fisiche Il ciclo dellacqua La distribuzione dellacqua sulla Terra Gli oceani: correnti, maree, onde

2 Lacqua è un composto di idrogeno H e ossigeno O Lacqua è un composto di idrogeno H e ossigeno O Per ogni grammo di idrogeno ci sono 8 grammi di Per ogni grammo di idrogeno ci sono 8 grammi di ossigeno (1 atomo O pesa quanto 16 atomi H) ogni atomo di ossigeno è legato a 2 atomi di idrogeno ogni atomo di ossigeno è legato a 2 atomi di idrogeno a formare la molecola H 2 O a formare la molecola H 2 O I 3 atomi sono tenuti assieme da legami covalenti I 3 atomi sono tenuti assieme da legami covalenti i nuclei degli atomi O e H attirano gli stessi elettroni i nuclei degli atomi O e H attirano gli stessi elettroni ma quello di O li attira con una forza maggiore! ma quello di O li attira con una forza maggiore! La molecola H 2 O non presenta una carica elettrica, La molecola H 2 O non presenta una carica elettrica, ma la disomogenea distribuzione degli elettroni ( ) ma la disomogenea distribuzione degli elettroni ( ) attorno i nuclei (+) la rende polare La polarità della molecola H 2 O è alla base La polarità della molecola H 2 O è alla base delle eccezionali proprietà dellacqua Caratteristiche chimiche dellacqua O H H δ δ+δ+ -

3 Il legame a idrogeno Gli atomi di H di una molecola vengono attirati da un atomo O attirati da un atomo O di unaltra molecola di unaltra molecola -Il legame a idrogeno è debole, si forma e si scinde in continuazione liquido si forma e si scinde in continuazione liquido -per scindere i legami a idrogeno occorre fornire energia -le molecole si agitano vapore -quando il vapore condensa, si libera lenergia calore latente calore latente O HH δ δ + O H H δ δ + δ + O H H δ

4 capacità termica lacqua ha una elevatissima capacità termica 0,736vetro, Pyrex 0,24argento 0,45ferro 0,90alluminio 0,71carbonio, grafite 0,51carbonio, diamante 1,86acqua,vapore 2,03acqua, ghiaccio 4,184acqua, liquida Calore specifico ( J/g C) sostanza per elevare di 1°C 1 g di acqua - da 14° a 15°- occorrono 4,184 joule, ossia 1 caloria questa proprietà dipende dai legami a idrogeno: lagitazione termica delle molecole viene contrastata dalle forze di attrazione può immagazzinare grandi quantità di calore senza che la sua temperatura aumenti di molto e lo cede gradualmente azione calmieratrice sul clima

5 Le forme dellacqua sulla Terra Lacqua si trova nei 3 stati fisici Lacqua si trova nei 3 stati fisici Liquida -mari, fiumi, laghi, falde sotterranee- Liquida -mari, fiumi, laghi, falde sotterranee- Gassosa o vapor dacqua –atmosfera- Gassosa o vapor dacqua –atmosfera- Solida o ghiaccio – ghiacciai, banchisa polare, iceberg- Solida o ghiaccio – ghiacciai, banchisa polare, iceberg- Gli stati fisici dipendono dallenergia cinetica delle molecole di acqua: bassa nel ghiaccio, media nellacqua liquida, alta nel vapore Molecola ghiaccio acquavapore

6 capillarità i legami a idrogeno permettono alle molecole di arrampicarsi lungo le pareti del contenitore se questo è sottile come un capello, la cordata può raggiungere altezze notevoli così lacqua può arrivare anche alle foglie più alte di un albero e partecipare alla fotosintesi! ma anche raggiungere, arrampicandosi lungo un muro, un piano alto dellabitazione! o, ancora, da una falda sotterranea, raggiungere le radici delle piante mantenendole in vita

7 L acqua: il migliore solvente Lacqua sul nostro pianeta e nel nostro corpo contiene disciolte altre sostanze Lacqua sul nostro pianeta e nel nostro corpo contiene disciolte altre sostanze Le molecole di acqua disperdono le molecole e gli ioni di altre sostanze polari Le molecole di acqua disperdono le molecole e gli ioni di altre sostanze polari tiene in sospensione particelle più grandi tiene in sospensione particelle più grandi modifica le sue proprietà: modifica le sue proprietà: punto di ebollizione punto di solidificazione pressione osmotica acidità

8 Oceani 97% altro 3%altro 1% acqua Sotterra nea 22% calotte polari ghiacciai iceberg 77 % Fiumi < 4- 10% Distribuzione dellacqua sulla Terra Laghi 61 % atmosfera umidità suolo 39 %

9 Il ciclo dellacqua Lacqua si muove incessantemente dalloceano allatmosfera ai fiumi, ai laghi, ai ghiacciai e da questi ancora ai fiumi, allatmosfera, al mare, liquida, gassosa, solida… Lacqua si muove incessantemente dalloceano allatmosfera ai fiumi, ai laghi, ai ghiacciai e da questi ancora ai fiumi, allatmosfera, al mare, liquida, gassosa, solida… E poi penetra nel suolo, entra nei viventi e torna ai fiumi, al suolo, al mare, allatmosfera da cui torna al mare, al suolo… E poi penetra nel suolo, entra nei viventi e torna ai fiumi, al suolo, al mare, allatmosfera da cui torna al mare, al suolo…

10 il mare Componenti tutti gli elementi naturali (in percentuali molto diverse rispetto rocce): tutti gli elementi naturali (in percentuali molto diverse rispetto rocce): sali inorganici in forma ionica: Na +, Cl - Mg ++, Ca ++ K +,B r - SO 4 - -, BO 3 - -, HCO 3 - sali inorganici in forma ionica: Na +, Cl - Mg ++, Ca ++ K +,B r - SO 4 - -, BO 3 - -, HCO 3 - gas (O 2: 7/8 cm 3 /1 nei mari freddi e di ca. 4 cm 3 /1 in quelli caldi, CO 2 ) gas (O 2: 7/8 cm 3 /1 nei mari freddi e di ca. 4 cm 3 /1 in quelli caldi, CO 2 ) sostanze organiche sostanze organiche catione più abbondante sodio Na +, anione cloro Cl - catione più abbondante sodio Na +, anione cloro Cl -

11 COMPOSIZIONE CHIMICA costituzione chimica complessa e variabile per : apporto delle acque continentali, apporto delle acque continentali, scambi e interazione tra superficie mari e atmosfera, scambi e interazione tra superficie mari e atmosfera, processi chimico -fisici tra ioni in soluzione processi chimico -fisici tra ioni in soluzione e minerali dei sedimenti e in sospensione, processi biochimici, ( fotosintesi e metabolismo degli organismi marini) processi biochimici, ( fotosintesi e metabolismo degli organismi marini) apporto di scarichi di acqua e materiali attività umane. apporto di scarichi di acqua e materiali attività umane.

12 SALINITA salinità residuo secco dall'evaporazione dell'acqua marina: 35 g/l (valore medio 35 ) 30 g/l di cloruro di sodio NaCl, cloruro di magnesio MgCl 2, carbonati, bromuri e borati. 35 g/l (valore medio 35 ) 30 g/l di cloruro di sodio NaCl, cloruro di magnesio MgCl 2, carbonati, bromuri e borati. mari polari: g/1, mari caldi : g/1 ; mari polari: g/1, mari caldi : g/1 ; bacini interni : variazioni più ampie per scarsa comunicazione con oceani

13 pH tra 7,95 e 8,13 (Mediterraneo, acque superficiali ) per la presenza di carbonati

14 Distribuzione della salinità Dipende da evaporazione precipitazioni apporto acque dolci scambi mari interni-oceano Zone equatoriali <35 precipitazioni superano del 40% levaporazione Zone anticicloniche >36 evaporazione elevata precipitazioni scarse Mediterraneo fino a 39 golfo di Botnia –Baltico <5 Atlantico più salato di Pacifico alisei trasportano vapore acqueo da Atlantico a Pacifico attraverso Panama precipitazioni anche a ridosso di Ande

15 Temperatura dellacqua dipende da irraggiamento solare varia con latitudine e con stagioni da 1°C a °C superficieprofondità Atlantico: 2-3°C Mediterraneo: 13°C struttura delloceano strato superficiale strato termoclino strato profondo

16 la luce penetra nellacqua del mare con intensità inversamente proporzionale alla profondità la luce penetra nellacqua del mare con intensità inversamente proporzionale alla profondità dipende anche dalla quantità di materiale sospeso e dallangolo di incidenza dipende anche dalla quantità di materiale sospeso e dallangolo di incidenza Quantità: a 10 m di profondità 1/10 di quella che arriva alla superficie Quantità: a 10 m di profondità 1/10 di quella che arriva alla superficie filtro selettivo penetra luce azzurra e violetta filtro selettivo penetra luce azzurra e violetta a 50 m di profondità solo luce artificiale fa distinguere i colori a 50 m di profondità solo luce artificiale fa distinguere i colori La fotosintesi può avvenire solo nei primi metri sotto la superficie La fotosintesi può avvenire solo nei primi metri sotto la superficie la luce

17 densità densità 1, ,030 g/cm3 1, ,030 g/cm3 dipende da salinità, temperatura e pressione (dipende da profondità : dipende da salinità, temperatura e pressione (dipende da profondità : 1 atm ogni 10 m ) 1 atm ogni 10 m ) salinitàdensitàtemperatura profondità direttamente proporzionale inversamente proporzionale salinità - profondità temperatura linee che uniscono i punti con uguale densità isopicniche parallele, crescenti dall'alto verso il basso stabilità distribuzionediversa correnti termoaline instabilità in genere densità

18 correnti Correnti profonde fredde e salate Correnti superficiali calde Trasferimenti acqua-aria CORRENTI DI GRADIENTE CORRENTI DI DERIVA differenza di densità di masse d'acqua adiacenti attrito tra masse d'aria in movimento –alisei- e la massa d'acqua superficiale del mare flussi di masse dacqua con caratteristiche termiche e saline specifiche per cui si distinguono nettamente dalle acque circostanti strato di metri, più sottile allequatore, più profondo verso i poli CORRENTE TERMOALINA contatto tra mari interni e oceani da Atlantico settentrionale lacqua superficiale si inabissa, lacqua profonda risale nel Pacifico settentrionale

19 la spirale di Ekman Direzione del vento Direzione dellacqua in superficie Direzione della massa dacqua lacqua si muove perpendicolare al vento in direzione opposta alla costa si crea un vuoto risalita delle acque profonde più fredde in superficie sostanze nutritive (nitrati, fosfati, carbonio organico), fioritura del fitoplancton zone di pesca abbondante. trasporto di Ekman trasmissione per attrito delleffetto del vento a strati sottostanti di acqua, sempre più lenti e spostati verso destra

20 Circolazione negli oceani

21 maree sollevamento di masse dacqua attirate da corpi celesti –Luna e Sole- sollevamento di masse dacqua attirate da corpi celesti –Luna e Sole- 2 volte al giorno, su ogni punto allineato con la Luna e ai suoi antipodi(più lontani dal centro di gravità del sistema Terra-Luna) 2 volte al giorno, su ogni punto allineato con la Luna e ai suoi antipodi(più lontani dal centro di gravità del sistema Terra-Luna) se Luna e Sole sono allineati marea sigiziale se Luna e Sole sono allineati marea sigiziale se Sole e Luna distanti 90° marea di quadratura se Sole e Luna distanti 90° marea di quadratura in Mediterraneo 50 cm circa in Mediterraneo 50 cm circa in Atlantico oltre 1 metro in Atlantico oltre 1 metro località Baia di Fundy (Nuova Scozia; Canada) Foce del Rio Gallegos (Argentina) Baia di Frobisher (Canada) Foce del Fiume Severn (Gran Bretagna) Baia del Mont-Saint-Michel (Francia) Foce del Fiume Fitzroy (Australia) Saint-Malo (Francia) Bhaunagar (India) Foce del Rio Colorado (Messico) ampiezza 20.0 m 18.0 m 17,4 m 16,3 m 14,7 m 14,0 m 13,3 m 12,4 m 12,3 m centro gravità sistema Terra-Luna marea per attrazione lunare marea per forza centrifuga

22 le onde Movimenti delle molecole di acqua dovuti al vento che preme sulla superficie marina cavi e creste donda Movimenti delle molecole di acqua dovuti al vento che preme sulla superficie marina cavi e creste donda Le molecole compiono moti circolari e trasmettono energia a quelle sottostanti oscillazioni, trasporto di energia non di materia Le molecole compiono moti circolari e trasmettono energia a quelle sottostanti oscillazioni, trasporto di energia non di materia Il movimento si trasmette fino a una profondità=1/2 λ Il movimento si trasmette fino a una profondità=1/2 λ Presso la costa, il moto si appiattisce e interferisce con il fondale Presso la costa, il moto si appiattisce e interferisce con il fondale Si determina un ritardo tra la superficie e il fondale frangente Si determina un ritardo tra la superficie e il fondale frangente

23 lacqua modella la terra Le onde si dispongono parallele alla costa La lunghezza donda si modifica massima quantità di energia ceduta alla costa in corrispondenza delle sporgenze massima quantità di energia ceduta alla costa in corrispondenza delle sporgenze lattrito con il fondale rallenta le particelle profonde rispetto quelle di superficie frangente di spiaggia il moto diventa orizzontale onda di traslazione onda di traslazione trasporta acqua verso la spiaggia trasporta acqua verso la spiaggia lacqua, si ritira ( riflusso) risacca al di sotto della successiva onda risacca rifrazione donda rifrazione donda cede lenergia alla costa cede lenergia alla costa costa sabbiosa erosione della spiaggia erosione della spiaggia la compressione dellaria da costa rocciosa la compressione dellaria da parte dellacqua negli interstizi agisce come un esplosivo sbriciolamento della roccia


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