CICLO IDROLOGICO

CICLO IDROLOGICO Sin dall’antichità e fin verso il 1400 d.C., il concetto di ciclo idrologico è stato argomento di speculazione da parte di molti pensatori. Una prima ipotesi: il Sole innalzerebbe l'acqua del mare nell'atmosfera, donde ricadrebbe come pioggia. Nel Rinascimento, si manifestò una leggera tendenza a spostare i concetti dell'idrologia dalla pura speculazione alla scienza sperimentale propria dei tempi moderni. Attualmente si considera il ciclo alla stregua di un sistema dinamico in evoluzione, costituito da un'"entrata", un'"uscita" e da un mezzo di lavorazione: l'acqua che attraversa il sistema .

Proprietà dell’ACQUA La natura polare dell’acqua la rende unica nelle proprietà chimico-fisiche Forza di coesione tra le molecole le forze attrattive tra le molecole causano contrazione della superficie (tensione superficiale) All’interfaccia aria-acqua si forma una pellicola abbastanza consistente da sostenere piccoli oggetti e organismi E’ responsabile della viscosità (la forza necessaria per separare le molecole e permettere il passaggio di un oggetto attraverso un liquido) (cresce con il decrescere della temperatura)

Proprietà dell’acqua Stato liquido in ampio intervallo di temperature Alto punto di ebollizione (100° C) Basso punto di congelamento (0° C) Elevata capacità termica (alto calore specifico) Allo stato liquido necessita di molto calore per evaporazione (alto calore di vaporizzazione - forze di attrazione tra le molecole) densità massima a 3,84 °C Si espande allo stato solido (densità del ghiaccio < densità dell’acqua) H2O Allo stato liquido può portare in soluzione molti composti liquido dotato di grande capacità di sciogliere le sostanze inorganiche (solvente universale)

BILANCIO DELL’ACQUA NEL PIANETA Il 71% circa del pianeta è ricoperto dal mare Soltanto una minima parte dell’acqua del nostro pianeta è disponibile sotto forma di acqua dolce. L’oceano copre oltre l’80% dell’emisfero meridionale e il 61 % di quello settentrionale

La riserva d’acqua dolce viene continuamente riciclata e distribuita nel ciclo idrologico mosso dall’energia solare Gran parte dell’energia solare apparentemente persa serve a tenere in piedi il ciclo dell’acqua

Distribuzione dell’energia solare non uniforme Attraverso il ciclo dell'acqua, l'idrosfera riesce a contenere una vasta riserva di calore. L'idrosfera assorbe, immagazzina e mette in circolazione il calore che si forma e si accumula per effetto dell'energia solare che arriva sulla Terra. Il riscaldamento differenziato della superficie della Terra da parte del Sole crea le condizioni che sono alla base dei grandi trasferimenti di masse d'aria tra equatore e poli. Le regioni equatoriali ricevono più calore di quanto non ne perdano, le zone più vicine ai poli perdono più calore di quanto non ne ricevano.

Variazioni climatiche Due fondamentali correnti di convezione di alta quota (simmetriche, dall'equatore verso i due poli) distribuiscono in maniera più equilibrata il calore. I trasferimenti d'aria determinati dalle differenze di pressione sono i venti. Formazione dei venti dominanti di superficie CELLULE DI CONVEZIONE CELLULE DI HADLEY Trasporto verticale e orizzontale Variazioni climatiche

Modello di circolazione generale dell’atmosfera e biomi Convergenza Divergenza Ruolo fondamentale per la distribuzione delle fasce climatiche del pianeta.

98% Distribuzione dell’acqua nell’idrosfera Quantità costante ma con variazioni di sede e stato Volume % Tempo di ricambio (103 km3) Oceani 1 370 323 93,94 3500 anni Sottosuolo profondo 60 000 4,11 5000 anni Laghi 280 0,019 - 98% Fiumi 1.2 0,0001 - Ghiaccio 24 000 1,65 8000 anni Atmosfera 14 0,001 11 giorni

CICLO DELL’ACQUA chiuso su scala globale CONDENSAZIONE PRECIPITAZIONE RUSCELLAMENTO EVAPORAZIONE

FASE ATMOSFERICA FASE TERRESTRE

La quantità di vapor d’acqua dell’aria viene descritto per mezzo di: FASE ATMOSFERICA La quantità di vapor d’acqua dell’aria viene descritto per mezzo di: Umidità assoluta quantità di vapor d’acqua presente in atmosfera (g/kg o g/m3) Umidità relativa (UR) rapporto percentuale tra la quantità di vapor d’acqua (q) presente nell’aria e la quantità massima di vapor d’acqua (Q) che l’aria potrebbe contenere nelle stesse condizioni di temperatura e pressione UR = q/Q x 100 (non misura la quantità di vapore presente nell’aria ma la sua vicinanza alla saturazione) Deficit di saturazione differenza tra la pressione di vapor d’acqua a saturazione e la pressione di vapor d’acqua osservata alla stessa temperatura e pressione

La capacità dell’aria di trattenere il vapor d’acqua varia in dipendenza della temperatura T° C   UR 30°C 16% 45% 100% 16°C 36% 0°C g di vapore 4,85 13,65 30,4

Strumenti di misura: IGROMETRI o PSICROMETRI. Climogrammi: in ordinata i valori medi mensili di umidità relativa e in ascisse le temperature medie mensili. Climogramma umidità-temperatura.

PIOVOSITÀ pluviometri Pluviografo Si misura in mm di altezza che raggiungerebbe la pioggia in un suolo pianeggiante se l’acqua non si disperdesse per evaporazione e per scorrimento superficiale e infine se tutte le precipitazioni solide (neve + grandine) fondessero. Importanza della qualità e della frequenza delle piogge Si misura mediante pluviometri (imbuto con raggio di 36 cm = superficie di 0,1 m2). Misurano l’altezza della precipitazione piovosa (mm di pioggia/m2), determinata dal quoziente del volume di acqua raccolta dal pluviometro per la superficie orizzontale nota dell’imbuto raccoglitore dello strumento, rapportata al metro quadro. Pluviografo registra la quantità di pioggia Carte della pioggia linee ISOIETE.

FASE TERRESTRE Flusso in fase liquida

FASE TERRESTRE ciclo in fase solida GHIACCIO Lungo periodo di blocco delle molecole GRANDINE Nuclei di condensazione “a cipolla” Peso > g PERMAFROST Acqua ghiacciata nel suolo