Dall’Universo al Pianeta azzurro Tano Cavattoni, Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini Dall’Universo al Pianeta azzurro

Capitolo 13 Idrosfera 1: ciclo dell’acqua e acque sotterranee Sono solito dire a mia moglie che l’acqua fresca nel suo bicchiere non è poi così fresca. Essa contiene atomi che hanno 14 miliardi di anni. Andy Mc William (astronomo)

Capitolo 13 Idrosfera 1: ciclo dell’acqua e acque sotterranee Lezione 33 Il ciclo dell’acqua §13.1 L’idrosfera e il ciclo dell’acqua §13.2 Equilibrio del vapore saturo §13.3 Saturazione a diverse temperature §13.4 I passaggi di stato nel ciclo dell’acqua

Capitolo 13 Idrosfera 1: ciclo dell’acqua e acque sotterranee Lezione 34 Le falde acquifere §13.5 Tensione superficiale e capillarità §13.6 Permeabilità e porosità delle rocce §13.7 La falda freatica §13.8 La falda imprigionata §13.9 Il cuneo salino

§13.1 L’idrosfera e il ciclo dell’acqua L’acqua allo stato liquido si trova prevalentemente negli oceani e nei mari, quella allo stato solido è accumulata nei ghiacciai, quella allo stato aeriforme nell’atmosfera. L’insieme di tutte le acque del pianeta nei diversi stati di aggregazione forma l’idrosfera.

§13.1 L’idrosfera e il ciclo dell’acqua Gli oceani e i mari costituiscono le acque oceaniche o marine. I serbatoi di acqua presenti sui continenti costituiscono le acque continentali. Ghiacciai, fiumi e laghi sono corpi idrici che nel loro insieme rappresentano le acque superficiali. Le acque presenti nel sottosuolo costituiscono le acque sotterranee.

§13.1 L’idrosfera e il ciclo dell’acqua Salvo rare eccezioni, come il Mar Morto e il Mar Caspio, le acque continentali sono caratterizzate da bassa concentrazione di sostanze disciolte, in genere inferiore allo 0,50‰. Nelle condizioni di temperatura e pressione esistenti sulla superficie della Terra, l’acqua si trasferisce in continuazione da un serbatoio all’altro seguendo un percorso chiamato ciclo dell’acqua.

§13.1 L’idrosfera e il ciclo dell’acqua Rappresentazione schematica del ciclo dell’acqua: l’acqua evapora dai corpi idrici, condensa nell’atmosfera, ricade sulla superficie sotto forma di pioggia o neve e ritorna ad alimentare quegli stessi corpi idrici da cui era evaporata.

§13.2 Equilibrio del vapore saturo Nei passaggi di stato dell’acqua da liquido ad aeriforme - e viceversa - si parla di evaporazione quando il numero di molecole che abbandona la superficie di contatto è maggiore del numero di molecole che vi ricadono; per la condensazione si verifica il contrario. Quando i due processi procedono con la stessa velocità, si parla di equilibrio dinamico. Una massa d’aria in cui il vapore acqueo ha raggiunto la massima concentrazione possibile ad una data temperatura è definita satura.

§13.2 Equilibrio del vapore saturo Finché il numero delle particelle che passano allo stato di vapore supera il numero delle particelle che tornano allo stato liquido, la concentrazione del vapore è destinata ad aumentare. Lago Lido Bocca lagunare Laguna Lido

§13.2 Equilibrio del vapore saturo Quando il numero delle particelle che passano allo stato di vapore è uguale al numero delle particelle che tornano allo stato liquido, si stabilisce una condizione di equilibrio. Lido Lago Lido Bocca lagunare Laguna Lido Lido Lago

§13.3 Saturazione a diverse temperature Un aumento della temperatura fa aumentare il numero delle particelle che passano allo stato di vapore. Una volta raggiunto il nuovo equilibrio, il numero delle particelle allo stato di vapore è maggiore di quello precedente, a una temperatura più bassa. Maggiore è la temperatura, maggiore è la quantità di vapore che può essere contenuto alla saturazione; e viceversa. La condizione di equilibrio varia con la temperatura.

§13.4 I passaggi di stato nel ciclo dell’acqua Sul nostro pianeta l’acqua è in continuo passaggio da uno stato di aggregazione all’altro. Come tutti i cicli, anche il ciclo dell’acqua richiede un flusso di energia per essere mantenuto. Si tratta dell’energia del Sole, che riscalda la superficie delle acque e dà inizio al ciclo.

§13.4 I passaggi di stato nel ciclo dell’acqua Le molecole d’acqua evaporate condensano nell’atmosfera, formando le nubi, costituite da goccioline liquide. Le goccioline aggregandosi formano gocce più grosse, che possono dare luogo alle precipitazioni.

§13.4 I passaggi di stato nel ciclo dell’acqua Le acque che cadono sulla Terra possono seguire una grande varietà di percorsi alternativi. Alla fine, le acque cadute sulle terre emerse ritornano al mare sotto l’azione della forza di gravità. Il movimento delle acque superficiali liquide verso i bacini oceanici è veloce, quello delle acque solide è lento, ma entrambi sono rilevabili. Le acque sotterranee si muovono molto lentamente e in modo non direttamente osservabile.

§13.5 Tensione superficiale e capillarità La resistenza che le molecole della superficie di un liquido oppongono al loro allontanamento è chiamata tensione superficiale del liquido. È a causa della tensione superficiale che i liquidi tendono ad avere la minima superficie possibile. La tensione superficiale varia da liquido a liquido ed è particolarmente elevata nel caso dell’acqua, a causa dei forti legami tra le molecole di questa sostanza. In altri liquidi la tensione superficiale è meno rilevante.

§13.5 Tensione superficiale e capillarità L’acqua tende a risalire lungo le pareti dei recipienti in cui si trova per a causa del fenomeno della capillarità. La capillarità è dovuta all’attrazione che le molecole di acqua subiscono da parte delle molecole della sostanza che costituisce il recipiente. L’acqua si infiltra per capillarità alle particelle che formano il suolo, aderendo fortemente ad esse. L’acqua che avvolge le particelle del suolo è detta acqua capillare.

§13.6 Permeabilità delle rocce Parte dell’acqua che precipita al suolo si infiltra nel terreno. La permeabilità di una roccia è la sua capacità di lasciarsi attraversare da un fluido e dipende dalla sua porosità. La sabbia è permeabile perché gli spazi vuoti tra i suoi granuli sono ampi. L’argilla è impermeabile perché i vuoti tra le sue particelle sono molto piccoli.

L’acqua che si accumula nei terreni al di sopra degli §13.7 La falda freatica L’acqua che si accumula nei terreni al di sopra degli strati impermeabili prende il nome di falda freatica, delimitata superiormente dalla superficie freatica. L’acqua occupa tutti gli spazi disponibili e impregna lo strato permeabile fino alla superficie freatica.

§13.7 La falda freatica La superficie freatica non è fissa, ma si innalza e si abbassa in relazione all’abbondanza delle precipitazioni. Dopo un prolungato periodo di pioggia la superficie freatica si spinge molto in alto e può anche affiorare. Dopo un periodo di siccità la superficie freatica si abbassa e la falda freatica si riduce di spessore.

§13.7 La falda freatica La superficie freatica segue l’andamento della superficie del suolo: è più alta sotto i rilievi e si abbassa negli avvallamenti. Se la superficie freatica interseca la superficie terrestre, l’acqua di falda emerge e si origina così una sorgente.

§13.7 La falda freatica I pozzi sono perforazioni prodotte nel terreno che arrivano al di sotto della superficie freatica. I pozzi consentono di giungere alla falda freatica e di prelevarne acqua per portarla in superficie.

§13.8 La falda imprigionata A volte l’acqua sotterranea è intrappolata tra due strati impermeabili: si forma una falda imprigionata, detta anche falda artesiana, nella quale le acque sotterranee sono sotto pressione. In un pozzo artesiano l’acqua risale spontaneamente fino a raggiungere la superficie piezometrica.

§13.9 Il cuneo salino Le acque sotterranee defluiscono verso il mare dove si mescolano con le acque marine. Se la falda freatica è sottoposta ad un eccessivo sfruttamento, l’apporto di acqua dolce diminuisce e le acque marine possono avanzare verso la terraferma.