SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / GEOGRAFIA FISICA GIANMARIO GERARDI – Y04585 Classe scolastica III liceo Classico (equivalente V superiore) - Corso di Astronomia e Scienze della terra Modulo: DINAMICA DELL’IDROSFERA E DELL’ATMOSFERA Unita’ Didattica: Idrosfera: oceani e mari L’unità non comprende le acque continentali che verranno affrontate in una parte separata di geomorfologia. Motivazioni della scelta Importanza planetaria dell’acqua, sia come sistema marino che come risorsa potabile; Studio del pianeta Terra visto nella sua globalità di equilibri e mutamenti; Argomento con contenuti scientifici generali di rilievo, sia cognitivi che formativi, che giustificano una scansione di 3 ore.

Scansione temporale 1 ora: Idrosfera Introduzione all’acqua come componente planetaria Proprietà chimico-fisiche dell’acqua Concetto di idrosfera e di equilibrio tra gli stati fisici. Mari e oceani: proprietà chimico-fisiche Introduzione a Oceani e Mari (possibilità di un laboratorio informatico) Composizione chimica con accenno all’inquinamento come alterazione Proprietà fisiche: temperatura, densità, pressione. Mari e oceani: moti Maree Correnti Onde.

Prerequisiti e obiettivi Concetti di pressione, temperatura, passaggio di stato e forza di gravità Concetto di equilibrio dinamico in senso lato (scambio attivo, continuo e variabile) Molecola dell’acqua, interazione ponte-H e concetto chimico generale di sale, ione e gas. Significato di dorsale oceanica Significato di roccia basaltica e roccia sedimentaria Rotazione terrestre ed effetto Coriolis Sistema Sole-Terra-Luna. Obiettivi cognitivi Conoscere le proprietà dell’acqua relative alla sua presenza stabile sul pianeta Conoscere il concetto di idrosfera e le dinamiche principali dei suoi equilibri Conoscere le proprietà chimico-fisiche principali di mari e oceani: composizione, salinità temperatura, densità e pressione Conoscere le forze e le dinamiche dei tre moti marini principali: onde, correnti e maree. formativi Pensare l’idrosfera come un elemento unico, in cui i diversi stati fisici dell’acqua sono in equilibrio dinamico fra loro Pensare ad un oceano e a un mare identificando alcune differenze specifiche Intendere l’acqua come un elemento indispensabile alla presenza della vita sul pianeta e come una risorsa indispensabile per l’umanità Acquisire una prima consapevolezza rispetto ai grandi rischi legati all’inquinamento delle acque.

Idrosfera: oceani e mari Il 70% della superficie del pianeta è occupato da acqua Stando alle sue peculiarità, forse sarebbe più corretto chiamarlo pianeta ACQUA… (Oppure pianeta VITA… Ovviamente “pianeta TERRA” ci piace molto).

L’acqua è per il 97,2% salata, raccolta nei mari e negli oceani. La restante parte di acqua, il 2,8%, è acqua dolce: ►la gran parte di essa è allo stato di ghiaccio (77,4%) ai poli e sui monti; ►il 22,1% è continentale sotterranea; ►lo 0,5% è acqua continentale di fiumi, laghi e acquitrini ►il vapore nell’atmosfera ha una quota di acqua dolce pari allo 0,016%.

Le proprietà cruciali dell’Acqua: aspetti termici Il calore specifico dell’acqua è alto: “la pentola è rovente, ma l’acqua è ancora fredda…” Effetto “Tampone termico” Anche il suo calore di evaporazione è alto: L’evaporazione di una piccola quantità di acqua asporta una notevole quantità di energia Effetto “Rinfrescante” dell’evaporazione Alcune precisazioni: - Il calore (es. la sensazione di caldo) è un trasferimento di energia termica in atto. - L’energia termica è l’energia cinetica media delle particelle (vibr. trasl. rotaz.) - La temperatura è una grandezza scalare che esprime una differenza di energia termica tra due corpi. - Il calore specifico è la quantità di calore necessaria ad innalzare di 1°C la temperatura di 1 g di acqua. - Il calore di evaporazione è la quantità di calore necessaria per evaporare 1 g di acqua.

L’acqua è presente in tutti i suoi stati fisici Insieme all’acqua liquida, sul nostro pianeta possono convivere anche gli altri stati fisici, quello solido e quello di vapore, grazie a proprietà chimico-fisiche uniche e specifiche della molecola d’acqua. H H O Interazioni ponte-H Ghiaccio (stato solido) Vapore acqueo (stato gassoso) Acqua liquida

I passaggi di stato sono continui e in equilibrio dinamico. Solido Liquido Vapore La quantità di ENERGIA proveniente dal SOLE Genera i passaggi di stato dell’acqua e le sue note manifestazioni naturali: ►provoca l’evaporazione (da liquido a vapore); ►induce la solidificazione con la formazione del ghiaccio e della neve; ►la fusione da solido a liquido o la sublimazione da solido a gassoso; ►determina il passaggio di condensazione da vapore a liquido (rugiada) e quello da vapore a ghiaccio (brina) Produce nei vegetali il fenomeno della traspirazione e dell’assorbimento radicale di acqua.

I PONTI-H E LE FORZE DI COESIONE L’insieme di tutta l’acqua presente sul pianeta, in tutte le sue forme è chiamata Idrosfera. L’acqua dell’idrosfera è in continuo movimento: la FORZA DI GRAVITA’ ►trattiene i vapori entro l’atmosfera, che quindi non abbandonano mai il pianeta; ►fa riscendere l’acqua dal cielo e dalle quote terrestri maggiori quando è nel suo stato liquido (o solido e cristallino); ►conduce l’acqua ai grandi bacini di raccolta e agli oceani. I PONTI-H E LE FORZE DI COESIONE ►determinano il fenomeno della risalita capillare dell’acqua contro la gravità: l’acqua può risalire i terreni fino alle radici delle piante; l’acqua risale i vasi dei vegetali fino alle foglie dove se ne va di nuovo come gas.

Idrosfera: il movimento dell’acqua è ciclico Il BILANCIO del ciclo è NULLO L’acqua dei mari è la culla della vita: ►anche oggi la vita è possibile solo grazie a precisi equilibri tra l’acqua e il pianeta. L’acqua dolce è una risorsa indispensabile: ►le acque dolci dei ghiacciai e quelle sotterranee sono riserve indispensabili per gli esseri viventi terrestri, compreso l’uomo.

Idrosfera: Oceani e mari Lavoro con REDSHIFT o in rete con Google earth Oceano ATLANTICO Denominazioni Distribuzione sul globo Distinzione tra oceano e mare

Oceano PACIFICO

Oceano INDIANO

Oceani o MARI ? Fondali geologicamente diversi: ►gli oceani hanno fondali basaltici generati dall’attività delle dorsali ►i mari hanno generalmente fondali di tipo continentale-sedimentario Profondità > per gli oceani Estensione > per gli oceani / limitata a bacini continentali per i mari.

Mare GLACIALE ARTICO (Oceano Polare Artico)

Oceani e mari: salinità e composizione chimica Le sostanze disciolte nei mari e negli oceani provengono: ►dalla degradazione delle rocce attraverso il trasporto dei fiumi; ►dall’attività vulcanica sottomarina (soprattutto il cloro) I Sali più importanti: Cloruri (Cl-) Sodio e Magnesio (Na+ Mg++) Solfati (SO4--) Magnesio, Calcio e Potassio (Mg++ Ca++ K+) Carbonati (HCO3-) Calcio (Ca++) Le sostanze vengono anche sottratte da: organismi, sedimentazione, evaporazione: ►ciò che viene asportato equivale circa a ciò che viene immesso.

Distribuzione della salinità La salinità media dei mari è pari a circa il 35‰ (35 g / 1000 g di acqua) I livelli di salinità si muovono quasi in parallelo con l’intensità di evaporazione ►è massima in prossimità dei tropici; ►è minima nelle zone ad intensa piovosità e alle latitudini fredde; ►torna ad aumentare nelle zone di glaciazione a causa del passaggio di stato.

Elementi e Nutrienti elemento mg/L Cloro Sodio Magnesio Zolfo Calcio Potassio Bromo Carbonio Stronzio Boro Silicio Fluoro Argo Azoto Litio Rubidio 18.980 10.540 1.350 885 400 380 65 28 8 4,6 3 1,3 0,6 0,5 0,17 0,12 elemento mg/L Fosforo Iodio Bario Indio Zinco Ferro Alluminio Molibdeno Selenio Stagno Rame Arsenico Uranio Nichel Vanadio Manganese Titanio Antimonio Cobalto Cesio Cerio 0,07 0,06 0,03 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,004 0,003 0,003 0,003 0,003 0,002 0,002 0,002 0,001 0,0005 0,0005 0,0005 0,0004 elemento mg/L Ittrio Argento Lantanio Cripto Neon Cadmio Tungsteno Xeno Germanio Cromo Torio Scandio Piombo Mercurio Gallio Bismuto Niobio Tallio Elio Oro 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,00007 0,00005 0,00005 0,00004 0,00003 0,00003 0,00003 0,00002 0,00001 0,00001 0,000005 0,000004 Dei 92 elementi della tavola periodica, 84 sono rintracciabili nei mari. Alcuni sono indispensabili alla vita

di origine antropica: l’Inquinamento Oggi la composizione deve tenere conto di un considerevole apporto di sostanze, di origine antropica: l’Inquinamento ►Sostanze organiche, ►organiche clorurate, ►metalli pesanti. Alcune possono entrare anche nella nostra catena alimentare.

O2< N2> CO2>> I GAS disciolti Nelle acque marine sono disciolti anche piccole quantità di gas. ►provengono per lo più dall’atmosfera; ►la loro concentrazione è proporzionale alla loro solubilità in acqua. Atmosfera Bicarbonati (HCO3-) Fotosintesi acquatica Respirazione O2< N2> CO2>> Temperatura Solubilità Respirazione Fissazione Fotosintesi

Temperatura, Densità, Pressione Proprietà fisiche: Temperatura, Densità, Pressione 1000 2000 3000 4000 profondità Strato superficiale Strato di transizione (per la T° Termoclino) Temperatura (°C): è in funzione della quantità e qualità di radiazione solare in grado di penetrare l’acqua. Densità (g/cm3): nell’acqua pura è = 1 Salinità (‰) temperatura In uno stesso luogo, Temperatura e Densità si influenzano reciprocamente in realzione anche alla salinità: ►Densità e Salinità variano proporzionalmente, mentre la T° ha andamento tendenzialmente inverso; ►La Pressione è invece funzione quasi esclusivamente della profondità (1 atm / 10 m).

Movimenti periodici e persistenti: Le Maree Generalmente ad ogni passaggio di luna sullo stesso meridiano (ogni 24h 50’) le coste marine registrano 2 innalzamenti del livello dell’acqua alternati a 2 abbassamenti. ►il dislivello tra la quota più alta e quella più bassa è detto ampiezza di marea; ►l’effetto è dovuto all’influenza gravitazionale lunare e alla forza centrifuga di rotazione terrestre. Bassa marea a Dublino

Imprecisione!! ►2 eventi di alta marea si verificano contemporaneamente su meridiano e antimeridiano in opposizione alla Luna. ►2 eventi di bassa marea si verificano contemporaneamente su meridiano e antimeridiano perpendicolarmente a quelli di alta marea (in quadratura alla Luna).

Massime e minime maree: Sigiziali e Di quadratura Le maree hanno intensità variabile e giungono sempre con un certo ritardo ►la variabilità è dovuta al preciso momento astronomico nel sistema Sole-Terra-Luna ►è dovuta anche alla morfologia terrestre, la quale accentua o riduce anche i ritardi del suo giungere.

10 metri di marea: Mont San Michel

Moti lenti e costanti: Le Correnti Correnti orizzontali Superficiali o Profonde Correnti verticali Ascendenti o Discendenti l venti incessanti, e le differenze di temperatura tra enormi bacini d’acqua, provocano reali spostamenti di masse d’acqua da una regione all’altra del pianeta: ►le velocità possono andare da 0.5 fino a 30-40 Km/h; ►correnti calde vanno dall’equatore ai poli e correnti fredde dai poli all’equatore; ►la forza di Coriolis devia i flussi tra i 15° e i 45° rispetto alla traiettoria prevista; ►le differenze di salinità a diversa profondità generano correnti verticali.

Le grandi Correnti Oceaniche Le correnti influenzano fortemente i climi delle regioni che lambiscono: ►influenzano temperatura, umidità e limpidità del cielo; ►trasferiscono calore dalle regioni che ne hanno in eccesso a quelle che ne sono in difetto; ►mitigano le regioni tropicali trasferendo basse temperature dai poli.

Movimenti irregolari: le Onde L’onda non è uno spostamento d’acqua: è un trasferimento di energia il cui mezzo è l’acqua. ►il vento imprime alle particelle d’acqua un moto rotatorio verso il basso; ►il moto si trasferisce alle particelle degli starti inferiori fino ad annullarsi.

Mare aperto e vento intenso: onde forzate e frangenti d’onda Sotto l’effetto di forti raffiche di vento la cresta dell’onda può inclinarsi e rovesciarsi in avanti: ►si crea un frangente con rimescolamento di aria e acqua che produce la schiuma; ►l’altezza di una cresta in oceano aperto può essere anche di 10 m.

Onde e coste: i frangenti di spiaggia In prossimità delle coste il fondale genera attrito sul moto delle particelle: ►sul fondo il moto circolare si fa sempre più ellittico e rallentato rispetto a sopra; ►l’acqua sovrastante si rovescia in avanti creando il frangente; ►il ritorno dell’acqua verso il mare genera la risacca; ►le spiagge sono il risultato dell’azione erosiva dell’onda sui sedimenti della costa; ►su scogli e promontori l’azione erosiva è più intensa.

Montagne d’acqua