Gianmario Gerardi
Liceo Classico “Cesare Arici” - Brescia
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…
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: proprietà
fisiche - 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.
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 continuo
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)
salinità e
composizione chimica
Oceani e mari:
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++
Carbonati (HCO3-) Calcio (Ca++)
Ca++
Le sostanze vengono anche sottratte da:
organismi, sedimentazione, evaporazione:
►ciò che viene asportato equivale circa a ciò che viene immesso.
K+)
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
elemento
mg/L
elemento
mg/L
Cloro
Sodio
Magnesio
Zolfo
Calcio
Potassio
18.980
10.540
1.350
885
400
380
Fosforo
Iodio
Bario
Indio
Zinco
Ferro
Alluminio
Molibdeno
0,07
0,06
0,03
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
Ittrio
Argento
Lantanio
Cripto
Neon
Cadmio
Tungsteno
Xeno
0,0003
0,0003
0,0003
0,0003
0,0001
0,0001
0,0001
0,0001
Bromo
Carbonio
Stronzio
Boro
Silicio
Fluoro
Argo
Azoto
Litio
Rubidio
65
28
8
4,6
3
1,3
0,6
0,5
0,17
0,12
Selenio
Stagno
Rame
Arsenico
Uranio
Nichel
Vanadio
Manganese
Titanio
0,004
0,003
0,003
0,003
0,003
0,002
0,002
0,002
0,001
Germanio
Cromo
Torio
Scandio
Piombo
Mercurio
Gallio
Bismuto
Niobio
Tallio
Elio
Oro
0,00007
0,00005
0,00005
0,00004
0,00003
0,00003
0,00003
0,00002
0,00001
0,00001
0,000005
0,000004
Antimonio
Cobalto
Cesio
Cerio
0,0005
0,0005
0,0005
0,0004
Dei 92 elementi della
tavola periodica, 84
sono rintracciabili nei
mari. Alcuni sono
indispensabili alla vita
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.
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
O2<
Respirazione
N 2>
Temperatura
Respirazione
Fissazione
CO2>>
Solubilità
Fotosintesi
Proprietà fisiche:
Temperatura, Densità, Pressione
0
1000
Strato superficiale
Strato di transizione
(per la T° Termoclino)
Temperatura (°C): è in funzione della
quantità e qualità di radiazione solare in grado
profondità
di penetrare l’acqua.
Densità (g/cm3): nell’acqua pura è = 1
2000
Salinità (‰)
3000
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
temperatura
tendenzialmente inverso;
4000
►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-TerraLuna
►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
Il modello di Ekman
Correnti verticali
Correnti orizzontali
Superficiali o Profonde
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
Correnti: la forza di Coriolis
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.
onde forzate
e frangenti d’onda
Mare aperto e vento intenso:
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.
Onde e coste:
la rifrazione
Montagne d’acqua
Non dimentichiamolo: non tutti
si stanno divertendo
petrolio continua a
rappresentare un grande Rischio
Ambientale
Il trasporto del