I CICLI BIOGEOCHIMICI dell'ACQUA e del CARBONIO
(parte I)
Un video :
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Il ciclo dell'acqua (I)
Il ciclo dell’acqua, o ciclo idrologico, è il
movimento continuo dell’ acqua sulla
Terra, che essa si trovi sopra o sotto la
superficie. Il “motore” di questo ciclo è il
Sole: l’energia termica consente
l’evaporazione dell’acqua superficiale,
soprattutto dell’acqua di mare e molto
meno quella delle terre emerse (il rapporto
è 6:1), è da qui che si fa partire il ciclo
dell’acqua. (Fig.1)
Il ciclo dell'acqua (II)
Fig.1 Ciclo dell'acqua: schema generale
Il ciclo dell'acqua (III)
Giunta come vapore nella bassa
atmosfera l’acqua, trasportata dal vento,
può tornare allo stato liquido anche a
numerosi chilometri dalla zona di
provenienza tramite condensazione: è
quello che accade con le precipitazioni
atmosferiche (pioggia, grandine, neve,
brina…).
Una parte di queste ricade in mare e
chiude subito il ciclo. Un’altra cade invece
sulla terraferma e prende diverse strade:
Il ciclo dell'acqua (IV)
a) il 30% evapora dal suolo, dai laghi e dai
fiumi e torna nell’atmosfera;
b) il 20% penetra nel sottosuolo attraverso le
fessure del terreno alimentando la
circolazione idrica sotterranea (falde
acquifere) che alimenta i fiumi attraverso
le sorgenti o torna direttamente a mare;
c) il 40% è assorbita dalle piante e torna
all’atmosfera tramite la traspirazione delle
Foglie;
d) il 10% scorre sulla superficie
terrestre sotto forma di corsi d’acqua e
ghiacciai.
Il ciclo dell'acqua (V)
A questo complesso circuito
partecipano anche gli organismi, ad
esempio la traspirazione delle piante è
responsabile dell’immissione in atmosfera
di enormi quantità di acqua prelevata dal
terreno attraverso le radici.
Le fasi del ciclo idrologico hanno durate
differenti: se nell’atmosfera può rimanere
anche solo poche ore o settimane, nei
fiumi e laghi qualche mese, nel sottosuolo
e in alcuni ghiacciai (es.quelli polari)
anche
millenni. In Libia e negli Stati Uniti sono
state trovate delle falde acquifere
contenenti acqua fossile risalente a milioni
di anni fa.
Il ciclo dell'acqua (VI)
Esiste poi l’acqua immobilizzata nei
minerali (acqua di cristallizzazione) o
quella che impregna i sedimenti posti a
grande profondità per subduzione.
Non va dimenticato infine il ruolo
dell’acqua nella fotosintesi e nella
respirazione di animali e piante.
Il ciclo dell'acqua (VII)
Il bilancio idrico annuale è in pareggio:
ogni anno in media 500.000km3 d’acqua
passano dall’idrosfera all’atmosfera
attraverso l’evaporazione e la traspirazione
(evo traspirazione) e altrettanti tornano
sotto forma di precipitazioni.
Ogni anno perciò si mobilizza circa lo
0,03% del totale dell’idrosfera ed
occorrono 3.300 anni perché tutta
l’idrosfera entri in circolazione.
Il ciclo dell’acqua a propria volta è legato
ad altri cicli biogeochimici, come quello del
Fosforo.
Il ciclo dell'acqua (VIII)
Fig.2 Ciclo dell'acqua o idrologico
Il ciclo del carbonio (I)
Nel ciclo del carbonio il ruolo della
biosfera è ancor più determinante poiché il
carbonio è l’elemento su cui si basa la
vita.
Tutti gli organismi vivono infatti
costruendo e demolendo le molecole
organiche a base di carbonio : le piante ad
esempio, grazie alla fotosintesi utilizzano
l’anidride carbonica dell’ atmosfera per
costruire gli zuccheri che quando sono
demoliti, attraverso il processo di
respirazione cellulare, liberano di nuovo la
CO2 nell’atmosfera.
Il ciclo del carbonio (II)
È per via di queste reazioni
(fotosintesi e respirazione aerobia) che la
nostra atmosfera, una volta ricca in
metano (CH4, altro composto del carbonio)
e ammoniaca (NH3), contiene
0,032 % di CO2 ,
21% di O2 ,
78% di N2
e 0,33% di H2Ovap (valore medio).
Il ciclo del carbonio (III)
Oggi ingenti quantità di carbonio
entrano nel ciclo a causa delle attività
umane: i combustibili fossili, in massima
parte formatisi in tempi geologici per
trasformazione della materia organica in
condizioni anaerobie, vengono bruciati per
ricavarne energia.
Il risultato? Dalla rivoluzione industriale
in poi l’uomo ha immesso in atmosfera
sempre più CO2. Oltre a causare l’effetto
serra con i conseguenti, rapidi,
cambiamenti climatici a livello globale, in
queste condizioni anche gli oceani stanno
cambiando la loro composizione chimica.
Il ciclo del carbonio (IV)
Fig.3 Ciclo del carbonio
Il ciclo del carbonio (V)
In condizioni normali gli oceani, sotto
forma di ioni bicarbonato e carbonato,
contengono più CO2 di quanta ce ne sia in
atmosfera. Quando la CO2 atmosferica
aumenta, la quantità in eccesso si scioglie
nell’acqua marina formando acido
carbonico (H++ HCO3-)che attacca le rocce
calcaree (CaCO3) insolubili formando
bicarbonato solubile:
CaCO3
solubile
insolub.
+ CO2 +
H2O ↔ Ca2+ +
2HCO3-
Il ciclo del carbonio (VI)
In tal modo gli oceani tamponano le variazioni
di concentrazione di CO2 atmosferica;la
reazione è infatti reversibile Per centinaia di
milioni di anni questo processo ha funzionato e
ha prodotto enormi quantità di rocce
carbonatiche che sono andate a depositarsi sui
fondali marini.
Con l’aumentare progressivo di CO2
nell'atmosfera e quindi di bicarbonato nel
mare, si è abbassato notevolmente il pH
(acidificazione degli oceani). Si ritiene che
gli attuali aumenti di temperatura e acidità
degli oceani siano all'origine della morte
delle barriere coralline osservata negli ultimi
anni in numerose zone tropicali del pianeta.
Altri video:
1) Esperimenti di laboratorio, alcuni semplici e ripetibili
per dimostrare quanto il ciclo dell’acqua dipenda dalla
temperatura
2) Introduzione sul ciclo dell'acqua
3) Sguardo d’insieme sull’acqua e alcuni suoi aspetti
merceologici
4) Utile come premessa allo studio del ciclo dell'acqua o
come verifica
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