UNIVERSO ACQUA
Una sostanza per la Terra
Una sostanza per la vita
Parte I
L’acqua e le sue proprietà chimico-fisiche
Il ciclo dell’acqua
La distribuzione dell’acqua sulla Terra
Gli oceani: correnti, maree, onde
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 ()
- - -- δ 
attorno i nuclei (+) la rende polare
O -• La polarità della molecola H2O è alla base H
H
delle eccezionali proprietà dell’acqua
δ+
Il legame a idrogeno
Gli atomi di H di una molecola
vengono
attirati da un atomo O
di un’altra molecola
δ
H
O
H
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
l’acqua ha una elevatissima
capacità termica
può immagazzinare grandi quantità
di calore senza che la sua temperatura
aumenti di molto e lo cede gradualmente
capacità termica
sostanza
acqua, liquida
acqua, ghiaccio
acqua,vapore
carbonio,
questa proprietà dipende dai
diamante
legami a idrogeno:
l’agitazione termica delle
carbonio, grafite
molecole viene contrastata
alluminio
dalle forze di attrazione
ferro
argento
azione calmieratrice sul clima vetro, Pyrex
per elevare di 1°C 1 g di acqua
- da 14° a 15°- occorrono
4,184 joule, ossia 1 caloria
Calore
specifico
( J/g° C)
4,184
2,03
1,86
0,51
0,71
0,90
0,45
0,24
0,736
Le forme dell’acqua sulla Terra
• L’acqua si trova nei 3
•
•
•
Gli stati fisici dipendono dall’energia
cinetica delle molecole di acqua:
bassa nel ghiaccio, media nell’acqua
liquida, alta nel vapore
stati fisici
Liquida -mari, fiumi,
laghi, falde sotterraneeGassosa o vapor
d’acqua –atmosferaSolida o ghiaccio –
ghiacciai, banchisa
polare, iceberg-
Molecola
ghiaccio
acqua
vapore
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
altro 3%
acqua
Sotterra
nea
22%
Oceani
97%
Fiumi
< 410%
altro 1%
Laghi
61 %
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+, ClMg++, 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 anticicloniche
>36‰
evaporazione elevata
precipitazioni scarse
Mediterraneo
fino a 39 ‰
Zone equatoriali
<35‰
precipitazioni superano
del 40% l’evaporazione
Atlantico più salato di Pacifico
alisei trasportano vapore acqueo
da Atlantico a Pacifico attraverso Panama
precipitazioni anche a ridosso di Ande
golfo di Botnia –Baltico
<5‰
Temperatura dell’acqua
superficie
da 1°C a +25-30°C
profondità
Atlantico:
2-3°C
Mediterraneo: 13°C
dipende da irraggiamento solare
varia con latitudine e con stagioni
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
densità
• densità
1,008 - 1,030 g/cm3
• dipende da salinità, temperatura e pressione (dipende da profondità :
1 atm ogni 10 m )
in genere
direttamente
proporzionale
inversamente
proporzionale
salinità - profondità
isopicniche
temperatura
profondità
linee che uniscono i punti
con uguale densità
parallele, crescenti
dall'alto verso il basso
temperatura
salinità
correnti termoaline
densità
distribuzione
diversa
instabilità
stabilità
Trasferimenti
acqua-aria
correnti
flussi di masse d’acqua
con caratteristiche
termiche e saline
specifiche
per cui si distinguono
nettamente
dalle acque circostanti
Correnti profonde
fredde e salate
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 
CORRENTI DI GRADIENTE
Correnti superficiali
calde
attrito tra masse d'aria
in movimento –aliseie la massa d'acqua
superficiale del mare
strato di 100-200 metri,
più sottile all’equatore,
più profondo verso i poli
CORRENTE TERMOALINA
CORRENTI
DI DERIVA
la spirale di Ekman
trasmissione per attrito dell’effetto del vento
a strati sottostanti di acqua, sempre più
lenti e spostati verso destra
trasporto di Ekman
Direzione
del vento
Direzione dell’acqua
in superficie
Direzione
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.
Circolazione negli oceani
maree
• sollevamento di masse d’acqua
•
•
•
•
•
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)
attirate da corpi celesti –Luna e
Sole2 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
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
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
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
Le onde si dispongono parallele alla costa
La lunghezza d’onda si modifica
 massima quantità di energia ceduta alla costa in corrispondenza delle sporgenze
costa sabbiosa
 erosione della spiaggia
costa rocciosa  la compressione dell’aria da
parte dell’acqua negli interstizi agisce come un
esplosivo  sbriciolamento della roccia