L’IDROSFERA “La sfera dell’ACQUA” LEZIONE N.7 SCIENZE INTEGRATE slide 36 I Istituto Tecnico Industriale Prof. Fabrizio CARMIGNANI fabcar@hotmail.it www.fabriziocarmignani.com IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)

IDROSFERA L'IDROSFERA, in geografia fisica, rappresenta tutte le acque, dolci e salate, presenti nel sottosuolo o sulla superficie del nostro pianeta Una parte dell’Idrosfera è la CRIOSFERA che rappresenta l’acqua allo stato solido (ghiacciai polari e delle montagne) L'acqua dell’idrosfera può trovarsi in vari ambienti del nostro pianeta e cioè nelle altre 3 sfere: LITOSFERA: sulla superficie della Terra, nel sottosuolo e all'interno di rocce BIOSFERA: come componente essenziale del corpo degli organismi viventi ATMOSFERA: come nubi e vapore acqueo

Distribuzione dell’ACQUA sulla LITOSFERA L'IDROSFERA è composta da 1.455 miliardi di km3 di acqua, ripartita in acque oceaniche, ghiacciai, falde sotterranee, laghi, fiumi, e vapore acqueo L’ACQUA copre circa i ¾ della superficie terrestre in forma di oceani, mari, fiumi, laghi e calotte polari La gran parte dell’IDROSFERA, circa il 94%, è raccolta negli OCEANI, che ne permettono il continuo riciclo Acqua disponibile per l'uomo cioè acqua dolce, che si trova nei laghi, nei fiumi e nelle acque sotterranee (falde acquifere)

DISPONIBILITA’ di ACQUA POTABILE (anno 2000)

Suddivisione IDROSFERA (quantità in km3) Se totale acqua disponibile sulla terra = cisterna da 100 litri: acqua dolce totale = fiasco da 3 litri acqua dolce disponibile = bottiglia 0,6 litri acqua dolce utilizzabile dall'uomo = mezzo cucchiaio : 3 ml 1.455.000.000 km3 ???

SCHEMA del CICLO dell’ACQUA

L'acqua in natura non è mai pura bensì contiene al suo interno moltissime particelle (grazie alla sua capacità di solvente) la maggior parte delle quali microscopiche Le sostanze contenute nell’acqua si possono suddividere in base alla loro dimensione: MATERIALI SOSPESI : > 0,1 μm argilla, silice, calcare, idrossido ferrico, alghe, grassi, microrganismi, detriti vegetali MATERIALI DISPERSI (colloidali): 0,1 ÷ 0,001 μm silice colloidale, acidi umici SOSTANZE DISCIOLTE: < 10 Å gas (O2, N2, CO2, NH3, H2S, SO2, ossidi di azoto) anioni (HCO3- ) Cationi (Ca2+, Mg2+)

Classificazione delle ACQUE NATURALI A seconda della loro provenienza si classificano in: ACQUE METEORICHE PIOGGIA NEVE GRANDINE RUGIADA BRINA ACQUE SOTTERRANEE FALDE PROFONDE FALDE FREATICHE ACQUE SUPERFICIALI MARI FIUMI LAGHI SORGENTI

L'acqua meteorica può reagire con tali sostanze. 1. ACQUE METEORICHE Le acque meteoriche contengono gas normalmente presenti nell'atmosfera (principalmente N2 , O2 e CO2), quelli localmente presenti per via di attività industriali o di centri abitati (SO2 , SO3 , ossidi di azoto, CO) e quelli che provengono dalla decomposizione di sostanze organiche naturali: H2S (acido solfidrico) NH3 (ammoniaca) L'acqua meteorica può reagire con tali sostanze. Un esempio è dato dal fenomeno della PIOGGIA ACIDA: SO3 (anidride solforica)+ H2O → H2SO4 (acido solforico)

CaCO3 [insolubile] + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2 [solubile] 2. ACQUE SOTTERRANEE Le acque sotterranee, alimentate dall'infiltrazione delle acque meteoriche, da cui il terreno filtra le sostanze in sospensione, sono acque minerali A volte le acque sotterranee fuoriescono spontaneamente diventando acque sorgive (notevolmente pregiate per l'uso potabile grazie alla mancanza di organismi patogeni, ma spesso la qualità viene minacciata da erbicidi e pesticidi, che sono estremamente dannosi per la salute). Le acque sotterranee, ossidando le sostanze organiche presenti nel suolo, si arricchiscono di anidride carbonica, facilitando la dissoluzione di rocce calcaree secondo la reazione: CaCO3 [insolubile] + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2 [solubile] CARBONATO di CALCIO BICARBONATO di CALCIO

dalla reazione inversa alla precedente si ha quindi la formazione di : Se la concentrazione della CO2 è elevata, la quantità di roccia dissolta è notevole e si possono formare delle grotte Tale fenomeno in Italia è chiamato CARSISMO (dalla regione del Carso, dove questo fenomeno è frequente) La reazione chimica anzidetta può avvenire in entrambe le direzioni (da sinistra verso destra o da destra verso sinistra): dalla reazione inversa alla precedente si ha quindi la formazione di : STALATTITI 2. STALAGMITI CARSISMO

ACQUE SALATE (SALINITA’ CIRCA 3,5%) 3. ACQUE SUPERFICIALI Le acque superficiali hanno composizione estremamente variabile a seconda delle condizioni climatiche ed ambientali. Si possono classificare in: ACQUE DOLCI (SALINITA’ CIRCA 1%) FIUMI LAGHI CANALI SORGENTI ACQUE SALATE (SALINITA’ CIRCA 3,5%) MARI OCEANI

il MARE I componenti del MARE sono tutti gli elementi naturali (in % molto diverse rispetto alle rocce della litosfera): SALI INORGANICI in forma ionica: Na+ (più abbondante) Cl-,Mg++, Ca++ K+, Br- SO4- -, BO3- - HCO3- GAS: O2 : 7/8 cm3/litro nei mari freddi e circa 4 cm3/litro in quelli caldi CO2 SOSTANZE ORGANICHE

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

la SALINITA’ La salinità rappresenta il residuo secco, cioè quello che rimane dopo l'evaporazione dell'acqua marina: Il valore medio della SALINITA’ è circa 35 g/litro (equivalente a 3,5% o 35‰ ) Nei mari polari (regioni fredde): 32-33 g/litro Nei mari caldi: 36-37 g/litro  Nei bacini (mari) interni : variazioni più ampie per scarsa comunicazione con oceani I principali SALI presenti sono: cloruro di sodio (NaCl), cloruro di magnesio (MgCl2), solfati, carbonati, bromuri e borati

La distribuzione della salinità Dipende da vari fattori tra cui: evaporazione precipitazioni apporto acque dolci scambi mari interni-oceano Nelle acque equatoriali calde la salinità può essere anche inferiore al 35‰ in quanto le precipitazioni sono maggiori dell’evaporazione Nelle acque tropicali calde la salinità può essere anche superiore al 36‰ in quanto le precipitazioni sono inferiori dell’evaporazione Il mar Mediterraneo, essendo un mare chiuso e trovandosi a latitudini intermedie (metà strada tra equatore e poli), presenta una salinità che può arrivare anche a valori intorno al 39‰ Mar MEDITERRANEO ZONE EQUATORIALI ZONE TROPICALI

SALINITÀ media estiva degli oceani (fonte NASA) valori espressi in ‰

Esempio caratteristico: GOLFO di BOTNIA Il golfo di BOTNIA ,nel Mar Baltico ,ha una salinità molto bassa che in superficie è di circa 7,5‰ (7,5 g di sale/litro )

Il Golfo di Botnia è il settore settentrionale del mar Baltico, compreso tra la costa orientale della Svezia e la costa occidentale della Finlandia Si estende per 725 km e ha una larghezza compresa fra gli 80 e i 240 km, la profondità media è di 60 m e la massima è 295 m. Riceve le acque di molti fiumi, che riducono notevolmente la salinità tanto che nel suo estremo settentrionale vi si trovano pesci d'acqua dolce. L'ecosistema di acqua salmastra è simile a quello degli estuari dei fiumi. A causa della ridotta salinità il golfo ghiaccia più rapidamente, ed è il primo tratto del Mar Baltico a ghiacciare nei mesi invernali. Le isole Åland, che costituiscono una regione autonoma della Finlandia, sono considerate il confine naturale tra il Baltico vero e proprio e il golfo di Botnia

il pH L’acidità delle sostanze liquide è misurata con la scala del pH che va da 0 (massima acidità) a 14 (minima acidità e massima basicità) pH 7 = neutralità Per esempio il pH del mar Mediterraneo (e di tutti i mari interni delle medie latitudini) e quello delle acque superficiali, è compreso tra 7,95 e 8,13 (leggermente basico) per la presenza di carbonati

LA SCALA del pH NEUTRALITÀ URINA SOLUZIONE ACIDA ACQUA PURA Acqua SOLUZIONE BASICA DETERGENTE FORNI SOLUZIONE ACIDA SOLUZIONE NEUTRA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 SUCCO LIMONE SUCCHI GASTRICI SUCCO POMPELMO POMODORO URINA ACQUA PURA SANGUE UMANO ACQUA DI MARE BICARBONATO AMMONIACA ACIDITÀ in aumento NEUTRALITÀ [H+]=[OH–] H+ OH– BASICITÀ in aumento 14 13 CANDEGGINA

a 50 m di profondità  solo luce artificiale fa distinguere i colori 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 del raggio luminoso Esempio: a 10 m di profondità arriva circa 1/10 della luce che arriva sulla superficie del mare L’acqua marina funziona da filtro selettivo nei confronti delle varie radiazioni luminose ed in profondità penetra soprattutto luce azzurra e violetta a 50 m di profondità  solo luce artificiale fa distinguere i colori La fotosintesi può avvenire solo in zone superficiali, al max circa 200 m di profondità, dove si trovano solo alghe rosse

La DENSITÀ (m/V) Rappresenta la massa (quantità di materia) in un determinato volume. La DENSITA’ dell’acqua marina è circa: 1,008 - 1,030 g/cm3  Dipende dalla salinità, temperatura e pressione (la quale a sua volta dipende dalla profondità :1 atm ogni 10 m di profondità ) In genere la SALINITA ‘ è:   DIRETTAMENTE PROPORZIONALE INVERSAMENTE SALINITÀ PROFONDITÀ TEMPERATURA LINEE CHE UNISCONO PUNTI CON UGUALE DENSITÀ ISOPICNICHE 1) Se PARALLELE e CRESCENTI dall'ALTO VERSO il BASSO STABILITÀ 2) Se DISTRIBUZIONE DIVERSA CORRENTI TERMOALINE INSTABILITÀ

PROFONDITÀ TEMPERATURA SALINITÀ DENSITÀ

La TEMPERATURA dell’acqua La temperatura delle acque marine dipende dalla quantità di irraggiamento solare e varia con la latitudine e con le stagioni da 1°C a +25-30°C A) TEMPERATURA superficie Atlantico: 2-3°C Mediterraneo: 13°C Struttura OCEANO strato SUPERFICIALE strato TERMOCLINO strato PROFONDO B) TEMPERATURA profondità

Si possono constatare 3 tipi di movimenti del mare: L'IDRODINAMISMO Un altro fattore che unitamente alla temperatura è determinante per la vita in mare, è il rimescolamento continuo delle acque Questo fenomeno è equivalente, come funzione e importanza, al nostro apparato circolatorio ed è chiamato idrodinamismo I movimenti delle acque permettono il rimescolamento dell'ossigeno, delle sostanze nutritive, facilitano la riproduzione, la distribuzione delle larve, la colonizzazione del fondo, la comunicazione intra ed inter-specie viventi….. Si possono constatare 3 tipi di movimenti del mare:   ONDE   MAREE CORRENTI

1. le ONDE Sono movimenti delle molecole d’acqua dovuti al vento che preme sulla superficie marina determinando dei CAVI e delle CRESTE d’onda Le molecole compiono moti circolari e trasmettono energia a quelle sottostanti  oscillazioni trasporto di energia ma non di materia Il movimento si trasmette fino a una profondità di 1/2 λ (lunghezza d’onda) Presso la costa, il moto si appiattisce e interferisce con il fondale Si determina un ritardo tra la superficie e il fondale frangente

Le ONDE modellano la costa Come già visto,l’attrito con il fondale rallenta le particelle profonde rispetto a quelle di superficie determinando il FRANGENTE di spiaggia il moto diventa orizzontale , si hanno onde di traslazione, le quali trasportano acqua verso la spiaggia; dopo l’acqua si ritira (RIFLUSSO) al di sotto della successiva onda (RISACCA)

A seconda del tipo di costa possiamo avere diverse conseguenze: In prossimità della costa, a causa dei bassi fondali, la lunghezza d’onda si modifica e le onde cedono la loro energia alla costa (rifrazione d’onda) La massima quantità di energia ceduta alla costa si verifica in corrispondenza delle sporgenze A seconda del tipo di costa possiamo avere diverse conseguenze: COSTA SABBIOSA erosione della spiaggia Tipi di COSTA COSTA ROCCIOSA la compressione dell’aria da parte dell’acqua negli interstizi delle rocce agisce come un esplosivo determinando lo sbriciolamento della roccia stessa

2. le MAREE Sono dei sollevamento di masse d’acqua attirate da corpi celesti (Luna e Sole, ma soprattutto LUNA, la quale anche se molto più piccola è vicinissima alla Terra) Si verificano 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 Ampiezza media nel Mar Mediterraneo: circa 50 cm circa Ampiezza media nell’oceano 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

3. le CORRENTI 1) CORRENTI di GRADIENTE 3) CORRENTI di DERIVA A) differenza di densità di masse d'acqua adiacenti B) attrito tra masse d'aria in movimento (alisei) e la massa d'acqua superficiale del (mare Sono flussi di masse d’acqua con caratteristiche termiche e saline specifiche per cui si distinguono nettamente dalle acque circostanti (si possono immaginare come dei “fiumi nel mare”) strato di 100-200 metri, più sottile all’equatore, più profondo verso i poli 2) CORRENTE TERMOALINA contatto tra mari interni e oceani da Atlantico settentrionale  l’acqua superficiale si inabissa, l’acqua profonda risale nel Pacifico settentrionale  TIPI di CORRENTI in base al loro processo formativo

TIPI di CORRENTI Vi sono vari tipi di correnti marine, classificate in base a diversi aspetti: processo formativo (vedi slide precedente): correnti di gradiente correnti di deriva correnti termoaline distanza dal fondale: correnti di superficie correnti di profondità media correnti di profondità abissali temperatura media interna calde: correnti superficiali che vanno dall'equatore ai poli fredde: correnti superficiali che vanno dai poli all'equatore tipo di flusso orizzontali: correnti che si spostano parallelamente alla superficie verticali: correnti che si spostano perpendicolarmente alla superficie.

Principali CORRENTI degli OCEANI

FINE della LEZIONE N. 7 L’IDROSFERA Grazie per l’attenzione! E ricordatevi…! …Considerate la vostra semenza fatti non foste a viver come bruti ma per seguir virtute e canoscenza DANTE ALIGHIERI (Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI , 118-120) Prof. CARMIGNANI FABRIZIO fabcar@hotmail.it www.fabriziocarmignani.com