L’IDROSFERA
L’acqua presente sulla Terra costituisce l’idrosfera ed è contenuta
principalmente in cinque serbatoi
mari ed oceani
fiumi e laghi
sottosuolo
ghiacciai
atmosfera
Tra i cinque serbatoi avvengono continui scambi che vengono definiti
il ciclo dell’acqua o ciclo idrologico. Il ciclo comprende una serie di
eventi mediante i quali l’acqua presente sulla Terra va incontro a
cambiamenti nel suo stato di aggregazione.
La molecola dell'acqua
Una molecola d'acqua (H2O) è costituita da un atomo di ossigeno (O) e due atomi di
idrogeno (H), uniti mediante due legami covalenti, in cui l'ossigeno condivide con
ciascuno degli atomi di idrogeno coppie di elettroni.
Gli elettroni condivisi sono maggiormente attratti dall'ossigeno e sono perciò più
spesso dalla parte dello stesso, che assume una debole carica negativa. Gli atomi di
idrogeno sono al contrario più spesso privi dell’elettrone ed assumono una debole
carica positiva.
Quella dell'acqua è dunque una molecola polare.
La polarità della molecola fa sì che fra le diverse molecole d'acqua, simili
a microscopiche calamite, si stabiliscano deboli attrazioni di natura
elettrica dette legami a idrogeno.
I poli di segno opposto si attraggono.
L’acqua ha anche una bassa conducibilità termica: occorre dunque tempo perché le
variazioni di temperatura, prodotte dall'avvicendamento delle stagioni sulla superficie
degli specchi d'acqua, si facciano sentire in profondità.
Per quanto riguarda i passaggi di stato fisico, l'acqua ha temperature di congelamento e
di ebollizione superiori rispetto a composti di analogo peso molecolare, come per
esempio l'ammoniaca: alla pressione di 1 atmosfera essa solidifica a O °C e bolle a
100°C. Per questo motivo, la maggior parte dell'acqua dell'idrosfera si trova allo stato
liquido, e solo quote minime sono ghiacciate o allo stato di vapore.
I composti ionici si sciolgono facilmente in acqua.
Le molecole polari dell’acqua attraggono gli ioni separandoli l'uno
dall'altro.
E’ questo il meccanismo per cui il sale da cucina (NaCl) si scioglie in
acqua formando ioni Na+ e Cl- .
Le molecole d’acqua si
dispongono intorno ad uno
ione positivo (Na+)
mostrando la loro parte
negativa (ossigeno) ed
intorno ad uno ione
negativo (Cl-) mostrando il
proprio polo positivo
(idrogeno).
Per la presenza dei Legami ad Idrogeno
Le Acque Marine
La salinità
L’acqua dei mari e degli oceani differisce da quella presente sui
continenti per il suo elevato contenuto di sali in soluzione.
Questa salinità è frutto del continuo apporto dell'acqua dolce dei fiumi
e delle acque sotterranee che dilavano le rocce apportando un minimo
contenuto salino. La concentrazione salina nei mari e negli oceani
aumenta poi a causa dell’evaporazione che sottrae acqua alla soluzione.
Ogni kilogrammo di acqua di mare contiene mediamente in
soluzione 35 grammi di sali.
Nell'acqua di mare sono disciolti, in proporzioni variabili, quasi tutti gli
elementi chimici.
Gli ioni maggiormente presenti sono, in ordine decrescente:
Cl-, Na+, SO4--, Mg++, Ca++, K+
Dalla loro combinazione si formano Sali il più abbondante dei quali è il cloruro
di sodio (NaCl), che da solo rappresenta i tre quarti del sale marino.
La salinità può superare il 37%O nei mari tropicali, caratterizzati da temperature elevate, notevole
evaporazione e da un modesto apporto di acque fluviali.
La salinità è invece minore all'equatore (circa 34%O), dove aumenta la piovosità e cresce l'apporto dei
corsi d'acqua.
Il contenuto salino nei mari freddi, per esempio il Baltico (meno del 5%O), è particolarmente basso a
causa della minima evaporazione e del ridotto potere di solubilità dell'acqua
La densità dell’acqua dipende dalla salinità: più è salata più
è densa.
La densità varia anche con la temperatura:
l'acqua fredda è più densa di quella calda, e ciò determina
una stratificazione dell'acqua di mare, con quella fredda
che si mantiene sotto l'acqua calda.
La presenza di sali in soluzione abbassa il punto di
congelamento dell'acqua: con una salinità del 35%o, la
temperatura di congelamento scende da 0 °C a –1,9 °C.
La pressione aumenta al variare della profondità. Ogni 10
m di profondità la pressione aumenta di 1 atm.
La temperatura superficiale dipende principalmente dalla latitudine: si attesta
in media sui 27 °C nella fascia tropicale, per scendere nelle zone polari fino a
-2 °C
Poiché il riscaldamento dell'acqua avviene
dall'alto, per opera dei raggi solari, al
crescere della profondità si registra una
diminuzione della temperatura. Tale
riduzione non è tuttavia costante e ciò
consente di identificare tre diversi
strati:
Lo strato superficiale, profondo qualche
centinaio di metri, risente delle
differenze di riscaldamento in relazione
alla latitudine e alla stagione.
Nello strato di transizione, chiamato
termoclino, la temperatura subisce un
brusco calo, mentre nello strato
profondo, oltre gli 800-1000 m, l'acqua si
stabilizza su valori prossimi allo zero,
anche se in un mare chiuso come il
Mediterraneo non scende sotto i 13 °C.
Il moto ondoso
La pressione del vento sulla superficie dell'acqua genera il moto ondoso.
Finché le onde vengono spinte dal vento si parla di onde forzate, ma appena questo cessa, le
oscillazioni continuano per inerzia sotto forma di onde libere.
Le onde libere sono onde di oscillazione, che sollevano e abbassano i corpi galleggianti e non
ne provocano l'avanzamento.
Le particelle d'acqua che si trovano in superficie compiono grandi traiettorie circolari; quelle
più profonde si comportano allo stesso modo, ma il diametro delle traiettorie diviene
progressivamente minore, fino ad annullarsi ad una profondità pari a circa ½ lunghezza d’onda.
In presenza di forti venti, le creste delle onde possono però rovesciarsi in avanti sotto forma di
frangenti di mare aperto, riconoscibili per la loro schiuma bianca. In questi casi il moto non è
più soltanto oscillatorio, ma assume una componente traslatoria che sposta in senso orizzontale
l'acqua e gli oggetti galleggianti.
Quando l’onda si avvicina a una costa bassa la
presenza del fondale interferisce con i movimenti
circolari delle particelle d’acqua.
La traiettoria delle particelle diviene ellittica.
Le onde rallentano, diventano più frequenti, si
sollevano e si inclinano in avanti fino a ribaltarsi
come frangenti di spiaggia, che si rovesciano sulla
battigia: l'acqua risale brevemente la spiaggia
(flusso montante), quindi ridiscende verso il mare
mescolandosi con ronda successiva (risacca).
Quando le onde si avvicinano alla costa
tendono ad allinearsi parallelamente ad essa
(questo fenomeno è conosciuto come la
rifrazione delle onde).
Le correnti marine sono come grandi fiumi che scorrono in un letto d’acqua, che
presenta temperatura, densità e salinità differenti. Possono essere fredde o calde,
orizzontali o verticali.
Le correnti orizzontali superficiali sono causate dai venti, che sospingono per attrito le
particelle d’acqua nella loro stessa direzione
Gli oceani sono interessati anche da correnti profonde, originate da differenze di
densità dell'acqua. Più precisamente, i mari delle regioni artiche e antartiche sono
ghiacciati in superficie, ma al di sotto l'acqua si mantiene prossima ai +4 °C,
temperatura a cui la densità è massima. L’acqua tende a scendere fino a quando,
giunta sul fondo, incomincia a scivolare lentamente verso l'equatore, sostituendo
l'acqua calda che si porta in superficie.
I venti costanti producono anche correnti
ascensionali.
Per esempio allargo del Perù, dove gli alisei
sospingono le acque calde superficiali in
direzione dell'Asia, si verifica la risalita di
grandi masse d'acqua profonda, relativamente
fredda.
Oltre a influire sul clima, questa corrente
esercita importanti conseguenze sulla fauna
marina: infatti, portando in superficie grandi
quantità di sostanze nutrienti, determina una
proliferazione del plancton e dei pesci che se
ne nutrono. Per questo motivo le acque
costiere del Perù sono particolarmente
pescose.
Questa porzione dell'oceano Pacifico è anche interessata, ogni 6-7 anni, da un fenomeno ancora
poco noto ma che esercita notevoli influenze sul clima del pianeta: el Nino (cioè "il bambinello",
con riferimento al periodo di Natale, quando solitamente esso raggiunge il suo culmine). In questo
periodo si osserva un’inversione della direzione delle correnti orizzontali e verticali, che
determina il riscaldamento delle acque lungo le coste, la diminuzione di pescosità e soprattutto la
variazione delle normali condizioni atmosferiche, anche in località molto distanti.
Le maree
Le maree sono ritmiche variazioni del livello del mare provocate da una causa astronomica, l'attrazione gravitazionale della
Luna (e in misura molto più ridotta del Sole): esse vengono influenzate anche dalla rotazione del sistema terra-luna e dalla
morfologia dei bacini marini.
La loro ciclicità non è esattamente diurna, bensì legata al cosiddetto
giorno di marea, della durata di circa 24 h 50', pari all'intervallo fra due
successive culminazioni della Luna. In questo lasso di tempo, si
verificano due fasi di innalzamento del livello marino, cioè di alta
marea, alternate a due fasi di abbassamento, cioè di bassa marea.
L’ampiezza delle maree varia in relazione al tipo di mare, alla sua
profondità e al profilo costiero: si limita a pochi decimetri al centro dei
bacini oceanici e nei mari mediterranei, mentre i massimi di ampiezza si
hanno lungo le coste oceaniche. Per esempio nella Manica essa supera i
10 m e nella baia di Fundy, lungo la costa atlantica del Canada, sfiora il
record di 20 m.
L’ampiezza di marea varia anche con la posizione reciproca di Terra, Luna e Sole, quindi con le fasi lunari. Quando i tre
corpi sono allineati, durante le fasi di Luna piena e di Luna nuova, all'attrazione gravitazionale della Luna si somma quella
più modesta del Sole (maree vive): questo, infatti, pur dotato di una massa infinitamente superiore rispetto alla Luna, è
anche molto più lontano. Quando il Sole e la Luna sono disposti a 90°(primo quarto e ultimo quarto), l'attrazione della
Luna viene smorzata da quella del Sole, per cui la marea presenta un'ampiezza minore (maree morte).
