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

Caratteristiche chimiche dell’acqua L’acqua è un composto di idrogeno H e ossigeno O 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 a formare la molecola H2O I 3 atomi sono tenuti assieme da legami covalenti i nuclei degli atomi O e H attirano gli stessi elettroni ma quello di O li attira con una forza maggiore! La molecola H2O non presenta una carica elettrica, ma la disomogenea distribuzione degli elettroni () attorno i nuclei (+) la rende polare La polarità della molecola H2O è alla base delle eccezionali proprietà dell’acqua O H - δ  δ+

Gli atomi di H di una molecola Il legame a idrogeno Gli atomi di H di una molecola vengono attirati da un atomo O di un’altra molecola O H δ  δ + -Il legame a idrogeno è debole, 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 l’energia calore latente

capacità termica 0,736 vetro, Pyrex 0,24 argento 0,45 ferro 0,90 l’acqua ha una elevatissima capacità termica 0,736 vetro, Pyrex 0,24 argento 0,45 ferro 0,90 alluminio 0,71 carbonio, grafite 0,51 carbonio, diamante 1,86 acqua,vapore 2,03 acqua, ghiaccio 4,184 acqua, 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: l’agitazione 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

Le forme dell’acqua sulla Terra Gli stati fisici dipendono dall’energia cinetica delle molecole di acqua: bassa nel ghiaccio, media nell’acqua liquida, alta nel vapore L’acqua si trova nei 3 stati fisici Liquida -mari, fiumi, laghi, falde sotterranee- Gassosa o vapor d’acqua –atmosfera- Solida o ghiaccio –ghiacciai, banchisa polare, iceberg- Molecola acqua vapore ghiaccio

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 l’acqua può arrivare anche alle foglie più alte di un albero e partecipare alla fotosintesi! ma anche raggiungere, arrampicandosi lungo un muro, un piano alto dell’abitazione! o, ancora, da una falda sotterranea, raggiungere le radici delle piante mantenendole in vita

L’ acqua: il migliore solvente L’acqua 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 tiene in sospensione particelle più grandi modifica le sue proprietà: punto di ebollizione punto di solidificazione pressione osmotica acidità

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

Il ciclo dell’acqua L’acqua si muove incessantemente dall’oceano all’atmosfera ai fiumi, ai laghi, ai ghiacciai e da questi ancora ai fiumi, all’atmosfera, al mare, liquida, gassosa, solida… E poi penetra nel suolo, entra nei viventi e torna ai fiumi, al suolo, al mare, all’atmosfera da cui torna al mare, al suolo…

il mare Componenti tutti gli elementi naturali (in percentuali molto diverse rispetto rocce): sali inorganici in forma ionica: Na+, Cl- Mg++, Ca++ K+,Br- SO4- -, BO3- - , HCO3- gas (O2: 7/8 cm3/1 nei mari freddi e di ca. 4 cm3/1 in quelli caldi , CO2) sostanze organiche catione più abbondante sodio Na+, anione cloro Cl-

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

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 MgCl2, carbonati, bromuri e borati. mari polari: 32-33 g/1, mari caldi : 36-37 g/1 ; bacini interni : variazioni più ampie per scarsa comunicazione con oceani

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

Distribuzione della salinità Dipende da evaporazione precipitazioni apporto acque dolci scambi mari interni-oceano Zone equatoriali <35‰ precipitazioni superano del 40% l’evaporazione 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

Temperatura dell’acqua dipende da irraggiamento solare varia con latitudine e con stagioni da 1°C a +25-30°C superficie profondità Atlantico: 2-3°C Mediterraneo: 13°C struttura dell’oceano strato superficiale strato termoclino strato profondo

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

linee che uniscono i punti densità densità 1,008 - 1,030 g/cm3  dipende da salinità, temperatura e pressione (dipende da profondità : 1 atm ogni 10 m )   salinità densità temperatura profondità direttamente proporzionale inversamente salinità - profondità linee che uniscono i punti con uguale densità isopicniche parallele, crescenti dall'alto verso il basso stabilità distribuzione diversa correnti termoaline instabilità in genere

correnti Trasferimenti acqua-aria flussi di masse d’acqua 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 d’acqua con caratteristiche termiche e saline specifiche per cui si distinguono nettamente dalle acque circostanti strato di 100-200 metri, più sottile all’equatore, più profondo verso i poli CORRENTE TERMOALINA contatto tra mari interni e oceani da Atlantico settentrionale  l’acqua superficiale si inabissa, l’acqua profonda risale nel Pacifico settentrionale 

la spirale di Ekman Direzione del vento Direzione dell’acqua in superficie della massa d’acqua l’acqua 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 dell’effetto del vento a strati sottostanti di acqua, sempre più lenti e spostati verso destra

Circolazione negli oceani

maree 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 sollevamento di masse d’acqua 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) se Luna e Sole sono allineati marea sigiziale se Sole e Luna distanti 90° marea di quadratura in Mediterraneo 50 cm circa in Atlantico oltre 1 metro centro gravità sistema Terra-Luna marea per attrazione lunare forza centrifuga

le onde Movimenti delle molecole di acqua dovuti al vento che preme sulla superficie marina  cavi e creste d’onda 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 Presso la costa, il moto si appiattisce e interferisce con il fondale Si determina un ritardo tra la superficie e il fondale frangente

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