SCIENZE INTEGRATE
LEZIONE N.7
L’IDROSFERA
“La sfera dell’ACQUA”
I Istituto Tecnico Industriale
Prof. Fabrizio CARMIGNANI
[email protected]
www.fabriziocarmignani.com
IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)
slide 36
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:
1.ACQUE METEORICHE





PIOGGIA
NEVE
GRANDINE
RUGIADA
BRINA
2.ACQUE SOTTERRANEE


FALDE PROFONDE
FALDE FREATICHE
3.ACQUE SUPERFICIALI




MARI
FIUMI
LAGHI
SORGENTI
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)
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
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 :
CARSISMO
1. STALATTITI
2. STALAGMITI
3. ACQUE SUPERFICIALI
Le acque superficiali hanno composizione estremamente
variabile a seconda delle condizioni climatiche ed
ambientali.
Si possono classificare in:
1. ACQUE DOLCI (SALINITA’ CIRCA 1%)
FIUMI
LAGHI
CANALI
SORGENTI
2.ACQUE SALATE
MARI
OCEANI
(SALINITA’ CIRCA 3,5%)
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
Mar MEDITERRANEO
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‰
ZONE EQUATORIALI
ZONE TROPICALI
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
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
H+
OH–
H+
H+
H+
H+
SOLUZIONE ACIDA
OH–
H+
OH–
H+
OH–
H+
H+
OH–
OH–
H+
SOLUZIONE NEUTRA
OH–
OH–
OH–
OH–
OH–
H+
–
OH
OH–
H+
SOLUZIONE BASICA
NEUTRALITÀ
[H+]=[OH–]
BASICITÀ in aumento
H+
OH–
H+
H+
ACIDITÀ in aumento
0
1 SUCCO LIMONE
2
3
SUCCHI GASTRICI
SUCCO
POMPELMO
SUCCO
4 POMODORO
5
6
URINA
7 ACQUA PURA
8
9
10
11
12
SANGUE UMANO
ACQUA DI MARE
BICARBONATO
AMMONIACA
CANDEGGINA
13 DETERGENTE
FORNI
14
Acqua
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:
ISOPICNICHE
DIRETTAMENTE
PROPORZIONALE
INVERSAMENTE
PROPORZIONALE
LINEE CHE UNISCONO PUNTI
CON UGUALE DENSITÀ
SALINITÀ
PROFONDITÀ
TEMPERATURA
1) Se PARALLELE e CRESCENTI
dall'ALTO VERSO il BASSO
2) Se DISTRIBUZIONE
DIVERSA
CORRENTI
TERMOALINE
INSTABILITÀ
STABILITÀ
DENSITÀ
PROFONDITÀ
TEMPERATURA
SALINITÀ
La TEMPERATURA dell’acqua
La temperatura delle acque marine dipende dalla quantità di
irraggiamento solare e varia con la latitudine e con le stagioni
Struttura OCEANO
1.strato SUPERFICIALE
2.strato TERMOCLINO
3.strato PROFONDO
A) TEMPERATURA
superficie
da 1°C a +25-30°C
B) TEMPERATURA
profondità
Atlantico:
2-3°C
Mediterraneo: 13°C
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:
1.ONDE
2.MAREE
3.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)
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
centro gravità
sistema
Terra-Luna
marea per
attrazione lunare
marea per forza centrifuga
LOCALITÀ
AMPIEZZA
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)
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
3. le CORRENTI
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”)
TIPI di CORRENTI in base al loro processo formativo
A) differenza di densità
di masse d'acqua adiacenti
contatto tra mari
interni e oceani
da Atlantico settentrionale 
l’acqua superficiale si inabissa,
l’acqua profonda risale
nel Pacifico settentrionale 
1) CORRENTI di GRADIENTE
B) attrito tra masse d'aria
in movimento (alisei)
e la massa d'acqua
superficiale del (mare
strato di 100-200 metri,
più sottile all’equatore,
più profondo verso i poli
2) CORRENTE TERMOALINA
3) CORRENTI
di DERIVA
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
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www.fabriziocarmignani.com