Proprietà uniche dell'acqua

L'Acqua sulla Terra

• La Terra è anche chiamata "Pianeta azzurro" perché la sua superficie è ricoperta per circa il 71% da acqua allo stato liquido.
• L'acqua è l'unica sostanza che si presenta sulla Terra nei tre stati fisici fondamentali: liquido, solido e aeriforme.
• Allo stato liquido, costituisce principalmente mari e oceani, mentre una parte minore si trova sulla terraferma in fiumi, laghi e falde sotterranee.
• Passando allo stato solido, l'acqua forma i ghiacciai e le calotte polari, vaste distese di ghiaccio che si trovano nelle regioni polari.
• Allo stato aeriforme, l'acqua si manifesta come vapore acqueo, presente, anche se invisibile, nella miscela di gas che costituisce l'aria.
• L'idrosfera terrestre comprende tutti i corpi idrici presenti sulla Terra: laghi, fiumi, mari, oceani, falde sotterranee, ghiacciai e calotte polari.
• A temperature più basse, l'acqua assume uno stato solido sotto forma di neve e ghiaccio, che si concentra prevalentemente nelle calotte polari situate in Groenlandia (emisfero nord) e Antartide (emisfero sud).
• Nell'Antartide è contenuto circa il 90% dell'acqua dolce presente sul pianeta.
• Quando le temperature si innalzano, l'acqua si trasforma in vapore acqueo, come accade nei geyser, dove getti di acqua calda si mescolano al vapore acqueo.
• Il geyser Waimangu, situato in Nuova Zelanda, nel 1904 raggiunse un'altezza di circa 450 metri con il suo getto.

Il Ciclo dell'Acqua

• Sul nostro pianeta, l'acqua è soggetta a continui passaggi tra i vari stati fisici, in un ciclo di costante rinnovamento.
• Il ciclo dell'acqua è costituito da una serie di processi interconnessi che si svolgono contemporaneamente in diverse zone del pianeta.
• Questo meccanismo garantisce un continuo ricambio idrico e favorisce l'approvvigionamento indispensabile per la vita, sia per gli esseri umani che per tutti gli organismi viventi.
• Quando una parte dei ghiacciai si scioglie a causa dell'irraggiamento solare, l'acqua risultante si infiltra nel suolo, alimentando le falde acquifere, oppure contribuisce alla formazione di ruscelli, fiumi e laghi, che a loro volta sfociano nel mare.
• Per effetto dell'azione dei raggi solari, l'acqua contenuta nei mari, nei fiumi, nei laghi e nel terreno evapora e si trasforma in vapore acqueo.
• Il vapore acqueo, salendo nell'atmosfera, si condensa a contatto con l'aria fredda, formando così le nubi costituite da minuscole goccioline.
• In determinate condizioni climatiche, l'acqua contenuta nelle nubi ricade sulla superficie terrestre sotto forma di precipitazioni, variabili a seconda dell'altitudine e della temperatura: possono essere piovose o nevose.

La Capillarità: L'Acqua Risale Verso l'Alto

• L'acqua possiede delle qualità uniche che le permettono di svolgere un ruolo fondamentale in numerosi processi terrestri, sia ambientali che biologici, chimici e fisico-chimici.
• Uno dei fenomeni più importanti per la sopravvivenza delle piante è la capillarità: l'acqua viene aspirata dal terreno attraverso le radici e, grazie ai vasi conduttori, raggiunge le foglie dove avviene la fotosintesi.
• La capillarità è la capacità che ha l'acqua di risalire spontaneamente all'interno di tubicini molto sottili.
• In un esperimento in cui si versa acqua colorata in un dispositivo con tubicini di vetro di differente diametro, si osserva che il livello dell'acqua si innalza maggiormente nei tubicini più sottili.
• L'esperienza quotidiana con la carta assorbente dimostra la capillarità: la carta contiene al suo interno canali sottilissimi paragonabili a tubicini.
• La superficie dell'acqua nei tubicini appare concava, come se l'acqua si "arrampicasse" sui bordi.
• Le particelle d'acqua sono soggette a forze di attrazione che le legano alle pareti del tubicino, consentendo la risalita.
• Quanto più piccolo è il diametro del tubicino, tanto più il numero di particelle superficiali esposte alle forze di coesione aumenta.
• La risalita del livello dell'acqua è determinata dalle forze di adesione tra le particelle del liquido e quelle del vetro.

La Tensione Superficiale

• La tensione superficiale consente ad alcuni organismi di vivere e ad alcuni oggetti di galleggiare sull'acqua.
• Il fenomeno è responsabile anche della forma sferica delle gocce d'acqua.
• Questi fenomeni dipendono dalle forze di coesione tra le molecole d'acqua, che creano una sorta di "rete" sulla superficie.
• La tensione superficiale è una proprietà presente in tutti i liquidi, ma nell'acqua è particolarmente elevata.
• Questo fenomeno è dovuto all'esistenza di forze che tengono unite le particelle del liquido.
• All'interno del liquido, ogni particella è attratta equamente da tutte le altre circostanti; sulla superficie, le particelle sono attratte solo lateralmente e verso il basso.
• Le forze tra le particelle superficiali tendono a formare una rete che racchiude il liquido, creando la pellicola superficiale in grado di sostenere piccoli oggetti.

La Densità del Ghiaccio

• La maggior parte delle sostanze aumenta la propria densità passando dallo stato liquido a quello solido, ma l'acqua rappresenta un'eccezione.
• L'acqua raggiunge la sua massima densità a 4 °C.
• Se la temperatura scende ulteriormente, la densità diminuisce e, di conseguenza, il ghiaccio risulta meno denso dell'acqua liquida e galleggia.
• Il ghiaccio ha una densità di circa 920 kg/m³, mentre l'acqua di mare ha una densità di circa 1025 kg/m³, perciò un iceberg emerge in superficie per circa il 10% del suo volume totale.
• Il galleggiamento del ghiaccio consente la vita negli ambienti acquatici freddi, perché lo strato superficiale isola l'acqua sottostante, proteggendola dal congelamento completo.
• Nei solidi le molecole sono disposte secondo una struttura ordinata chiamata reticolo cristallino e sono più vicine tra loro rispetto ai liquidi.
• Nel caso dell'acqua, al di sotto dei 4 °C e durante il processo di solidificazione, le molecole si legano tra loro in modo ordinato, lasciando degli spazi vuoti.
• La struttura tridimensionale del ghiaccio fa sì che le molecole siano disposte in modo meno compatto rispetto all'acqua allo stato liquido.

L'Acqua ha Una Grande Capacità Termica

• La capacità termica indica la propensione di una sostanza ad accumulare calore.
• L'acqua ha un'elevata capacità termica, che le permette di immagazzinare grandi quantità di calore senza subire variazioni di temperatura significative: ciò la rende un "serbatoio" di energia termica.
• Rispetto all'acqua, l'aria ha una minore capacità termica. Per questo motivo, in estate l'acqua dei mari e dei laghi tende a essere più fredda dell'aria, mentre in inverno si verifica il contrario.
• La presenza di grandi masse d'acqua influenza significativamente il clima terrestre, mitigando le variazioni di temperatura tra le stagioni, soprattutto nelle zone costiere o in prossimità di grandi laghi.
• L'effetto del lago di Garda, ad esempio, crea un microclima che consente la coltivazione di ulivi e agrumi.
• Grazie all'alta capacità termica, gli organismi che vivono nell'acqua sono in grado di mantenere una temperatura corporea relativamente stabile, anche subendo variazioni di temperatura esterne.
• Questo processo, detto termoregolazione, è essenziale per la sopravvivenza degli organismi.

Le Acque Dolci

• Del volume totale di acqua presente sulla Terra, circa il 97% è rappresentato da mari e oceani, che contengono acqua salata, mentre il restante 3% è costituito da acque dolci che si trovano sui continenti.
• Le acque continentali si distinguono in: acque superficiali (ghiacciai, fiumi, torrenti e laghi) e acque sotterranee.
• La maggior parte dell'acqua dolce presente sulla Terra (circa il 69%) è allo stato solido, sotto forma di ghiacciai e nevi perenni.
• Circa il 30% delle acque dolci si trova invece accumulato nel sottosuolo, mentre fiumi, laghi e zone umide costituiscono una frazione minima.
• L'acqua in natura è sempre una soluzione acquosa, contenente cioè acqua e numerose altre sostanze disciolte in varie concentrazioni.
• L'acqua possiede un elevato potere solvente, ovvero la capacità di sciogliere un gran numero di sostanze solide, liquide o gassose.
• La solubilità dei sali minerali presenti nelle rocce è alla base dei fenomeni di trasformazione della crosta terrestre.
• La solubilità di gas come l'ossigeno e il diossido di carbonio consente gli scambi gassosi degli organismi acquatici, garantendone la sopravvivenza.

I Ghiacciai: Acqua Solida sul Pianeta Terra

• Le terre emerse sono ricoperte per circa l'11% da ghiacciai, concentrati soprattutto in due grandi aree: l'Antartide a sud e la Groenlandia a nord, quasi interamente coperte da calotte glaciali.
• A queste si aggiungono migliaia di ghiacciai minori sparsi su tutto il pianeta, che rappresentano importanti riserve di acqua dolce.
• Un ghiacciaio è una grande massa di ghiaccio che si muove lentamente sotto la spinta del proprio peso.
• Affinché si formi un ghiacciaio, occorre che le precipitazioni siano prevalentemente nevose e che si verifichino due condizioni: le precipitazioni devono avvenire sotto forma di neve e che la quantità di neve che cade in inverno deve essere superiore a quella che fonde in estate.
• Il limite delle nevi perenni è l'altitudine al di sopra della quale la neve caduta in inverno non si scioglie completamente in estate.
• Con il progressivo accumulo degli strati di neve, quelli sottostanti si comprimono e si trasformano in ghiaccio compatto.
• Nel corso dei secoli, si forma una vasta massa di ghiaccio che tende a scivolare lentamente a valle.
• Ai poli, le condizioni necessarie per la formazione di un ghiacciaio (precipitazioni nevose e basse temperature) si verificano anche a livello del mare, mentre spostandosi verso le aree tropicali i ghiacciai si formano a quote sempre più elevate.
• Sulle Alpi, per esempio, i ghiacciai si trovano a partire dai 2400 metri di altitudine, mentre all'Equatore è necessario superare i 4000 metri.
• In base alla forma, i ghiacciai si distinguono in due tipi: alpini e pirenaici.
• I ghiacciai alpini nascono in una conca rocciosa chiamata circo glaciale e scendono verso valle formando una lingua che può essere molto lunga.
• Diversi ghiacciai alpini si originano dal monte Rosa; i più estesi si trovano sul versante svizzero.
• I ghiacciai pirenaici sono più piccoli e si formano sui versanti montuosi, in nicchie e valloni con forme concave, senza espansioni terminali a lingua.
• Il Calderone del Gran Sasso è un esempio di ghiacciaio pirenaico.

Fiumi, Torrenti e Laghi

• Oltre ai ghiacciai, le acque superficiali comprendono fiumi, torrenti e laghi.
• I fiumi sono corsi d'acqua perenni, alimentati da sorgenti che sgorgano tutto l'anno, mentre i torrenti sono soggetti a periodi di secca durante la stagione asciutta.
• La pendenza del letto del fiume e la portata d'acqua dipendono dalle caratteristiche orografiche del territorio attraversato e dalla quantità di precipitazioni.
• Un lago è una massa d'acqua che occupa una depressione della superficie terrestre e si distinguono in base all'origine: laghi carsici (formatisi per erosione dell'acqua piovana), laghi di escavazione glaciale (formatisi in conche scavate da antichi ghiacciai), laghi craterici (che occupano crateri di vulcani spenti) e laghi di sbarramento (il cui deflusso è bloccato).
• Un fiume nasce da una sorgente situata in alta montagna e riceve acqua dalla pioggia o dalla fusione della neve.
• Lungo il suo percorso, il fiume si accresce grazie all'apporto di affluenti, ossia corsi d'acqua minori.
• La linea spartiacque è una linea immaginaria che delimita il bacino idrografico di un fiume, cioè l'area da cui il fiume riceve le acque.
• I fiumi sfociano nel mare formando un delta (con divisione in rami) come nel caso del fiume Po, oppure un estuario (con forma a imbuto) come nel caso del fiume Platani in Sicilia.
• Un lago può essere alimentato da un fiume immissario, da precipitazioni atmosferiche o da acque sotterranee.
• Da alcuni laghi l'acqua defluisce attraverso un fiume emissario.

Le Acque Sotterranee: Le Falde Acquifere

• Le acque che si trovano nel sottosuolo rappresentano la riserva di acqua dolce più grande del pianeta: queste acque riaffiorano in superficie attraverso le sorgenti o si accumulano nelle falde acquifere.
• Le acque sotterranee, o acque di falda, si trovano sotto la superficie del suolo e sono immagazzinate in determinati tipi di terreno o nelle fessure delle rocce compatte.
• Il volume d'acqua contenuto nelle acque sotterranee è di gran lunga superiore a quello di tutte le acque dolci superficiali.
• Parte dell'acqua che scorre sulla superficie terrestre si infiltra nel terreno e attraversa gli strati permeabili (come sabbie, ghiaie e calcari), per poi scorrere lentamente attraverso gli spazi tra i granelli di roccia.
• Quando incontra strati impermeabili (come argilla e limo), l'acqua non può penetrare e tende a scorrere o a rimanere intrappolata nello strato permeabile soprastante, formando così una falda acquifera.
• Le falde acquifere si alimentano soprattutto grazie alle precipitazioni atmosferiche, come pioggia e neve.
• In quelle zone in cui il clima si fa più arido e le precipitazioni diminuiscono, l'apporto di acqua alle falde si riduce, mettendo a rischio la disponibilità idrica sia per uso domestico sia per attività agricole e industriali.
• Esistono due tipi di falde: artesiane e freatiche.
• Nelle falde artesiane, l'acqua si infiltra in profondità e rimane intrappolata in uno strato di roccia permeabile compreso tra due strati impermeabili. Se si fora lo strato impermeabile superiore, l'acqua, spinta dalla pressione, risale spontaneamente dal pozzo artesiano.
• Nelle falde freatiche, l'acqua si raccoglie sul fondo di uno strato permeabile, compreso tra la superficie del suolo e uno strato impermeabile sottostante. Perforando lo strato superiore, l'acqua rimane all'interno del pozzo freatico e può essere prelevata tramite una pompa.

Le Acque Salate

• La maggior parte dell'acqua presente sul nostro pianeta, circa il 97% dell'idrosfera, è rappresentata dagli oceani e dai mari.
• Gli oceani sono vaste distese d'acqua che separano i continenti, mentre i mari sono bacini più piccoli, meno profondi e circondati dalle terre emerse.
• I tre principali oceani della Terra sono: l'Oceano Pacifico, che separa l'Asia e l'Oceania dalle Americhe; l'Oceano Indiano, che bagna le coste meridionali dell'Asia e separa l'Africa e l'Oceania e l'Oceano Atlantico, che divide le Americhe dall'Europa e dall'Africa.
• Le acque oceaniche si muovono continuamente grazie a correnti superficiali e profonde che collegano bacini oceanici situati in diverse aree geografiche.
• Le correnti svolgono un ruolo fondamentale nel trasporto di calore dalle zone equatoriali a quelle polari, contribuendo a regolare il clima terrestre.
• Alcune correnti oceaniche trasportano acque calde in superficie, mentre altre trasportano acque fredde in profondità.

La Salinità e la Densità delle Acque Marine

• La salinità è definita come la quantità totale di sali disciolti in 1 kg di acqua.
• L'acqua di mare ha un sapore salato e amaro a causa dell'elevata concentrazione di sali, in media 35 g per ogni 1000 g di acqua (35‰).
• Il sale predominante è il cloruro di sodio, ovvero il comune sale da cucina, che costituisce più dei due terzi del totale dei sali disciolti.
• Oltre al cloruro di sodio, sono presenti altri sali in quantità minori, definiti oligoelementi, che svolgono comunque un ruolo importante per la vita degli organismi marini.
• In realtà, si possono trovare disciolti nell'acqua marina quasi tutti gli elementi conosciuti, anche se in concentrazioni molto basse.
• La salinità delle acque marine è influenzata soprattutto da due fattori: l'apporto di acqua dolce proveniente dai fiumi e l'evaporazione causata dall'irraggiamento solare.
• La salinità media varia in base al mare considerato e all'alternarsi delle stagioni: nei mari caldi, dove l'evaporazione è maggiore, la salinità tende a essere più elevata rispetto ai mari freddi.
• I mari con un notevole apporto di acque fluviali, come il Mar Nero, presentano una bassa salinità.
• Al contrario, i mari caldi caratterizzati da scarsa profondità e da una forte evaporazione, come il Mar Morto, hanno livelli di salinità molto elevati, che li rendono inospitali per la maggior parte delle forme di vita.
• Anche il Mar Mediterraneo, per via della sua conformazione (bacino chiuso con scarse comunicazioni con altri mari) e per il clima caldo che favorisce l'evaporazione, presenta una salinità superiore alla media.
• La salinità influisce sulla densità dell'acqua marina: all'aumentare della salinità, aumenta anche la densità.
• Di conseguenza, acque più salate tendono ad affondare, generando correnti oceaniche.

La Temperatura delle Acque Marine

• I raggi solari riscaldano principalmente gli strati superficiali dell'acqua marina.
• La temperatura diminuisce con la profondità; la radiazione solare viene assorbita gradualmente dagli strati superficiali.
• L'intensità della radiazione solare che penetra nell'acqua dipende dalla trasparenza dell'acqua e dall'angolo di incidenza dei raggi solari (latitudine).
• La temperatura superficiale dell'acqua è più elevata all'Equatore (oltre 27 °C) e diminuisce verso i poli (fino a -1,7 °C).
• Le temperature superficiali sono influenzate anche da altri fattori, come i venti e le correnti marine.
• A causa del riscaldamento globale, la temperatura superficiale degli oceani è in costante aumento, con conseguenze significative sugli eventi meteorologici e sull'ecosistema marino.
• L'aumento della temperatura è particolarmente marcato nelle zone artiche, dove sta accelerando la fusione dei ghiacci.
• Il riscaldamento delle acque è una delle cause della tropicalizzazione del Mar Mediterraneo, con l'insediamento di nuove specie provenienti da aree tropicali.
• La temperatura dell'acqua negli strati profondi è generalmente bassa (circa 13 °C sul fondo del Mar Mediterraneo).
• Le differenze di salinità e temperatura creano variazioni di densità, che generano correnti marine profonde.

Le Acque Salmastre

• Le acque salmastre si trovano nelle zone di transizione tra i fiumi e il mare e hanno caratteristiche intermedie tra l'acqua dolce e l'acqua salata.
• Le caratteristiche delle acque salmastre dipendono da fattori quali le maree, la portata dei fiumi, la temperatura e le correnti marine.
• Nelle lagune, bacini costieri separati dal mare da cordoni litoranei (tomboli o lidi), è possibile trovare acque con salinità intermedia.
• Le zone umide, che comprendono questi ecosistemi, sono caratterizzate da un'elevata biodiversità.
• Molte zone umide sono state dichiarate parchi naturali o zone protette.
• La laguna di Venezia è la più grande laguna del Mediterraneo ed è soggetta al fenomeno dell'acqua alta; è un ambiente importante per la pesca e l'acquacoltura ed è patrimonio dell'UNESCO.
• Il Parco del delta del Po è la zona umida protetta più vasta d'Italia, ideale per l'osservazione di numerose specie di uccelli acquatici.
• L'acqua è una risorsa essenziale.

Come Usiamo L'Acqua

• La quantità di acqua dolce disponibile per gli esseri umani è limitata (circa lo 0,0003% dell'acqua totale presente sul pianeta).
• La maggior parte dell'acqua dolce viene utilizzata per l'agricoltura, soprattutto per l'irrigazione.
• L'industria necessita di acqua per la pulizia, la produzione e il raffreddamento.
• L'acqua per uso domestico serve per bere, cucinare, l'igiene personale e la pulizia della casa.
• Le risorse idriche non sono distribuite equamente nel mondo; in alcune aree si preleva più acqua di quanta ne venga reintegrata dal ciclo naturale.
• L'impronta idrica è un indicatore del consumo di acqua di un individuo, un'organizzazione o un sistema produttivo e tiene conto sia dell'acqua contenuta in un prodotto sia dell'acqua utilizzata per produrlo (acqua virtuale).
• La carne bovina è uno degli alimenti che richiede il maggior consumo di acqua per la produzione (circa 15.000 litri per chilogrammo).
• L'Italia è uno dei maggiori consumatori globali di acqua durante le fasi di produzione.

L'Acqua Potabile

• L'acqua potabile è un'acqua pulita adatta per l'uso alimentare che arriva nelle nostre abitazioni.
• Per essere dichiarata potabile, l'acqua deve subire diverse fonti (falde acquifere, fiumi e acqua di mare).
• L'acqua potabile deve avere due diversi aspetti: chimico - fisico e microbiologico.
• I requisiti per l'acqua potabile sono stati definiti dall'Organizzazione Mondiale di Sanità e recepiti dai diversi stati membri.
• In Italia l'acqua che beviamo è sottoposta ad un'analisi chimica e batteriologica sia dal gestore dell'acquedotto sia dagli uffici competenti. Il collaudo delle acque potabili rileva che i valori limite per ogni parametro siano rispettati e alcune sostanze siano completamente assenti.
• Il residuo fisso particolarmente importante, cioè alla quantità di sali minerali e oligominerali contenuti in un litro di acqua.
• In base al residuo fisso le acque potabile vengono classificate in minimamente mineralizzate, oligominerali, medio minerali e ricche di sali minerali e le prime due tipologie sono consigliate per le persone con patologie renali.

La Crisi Idrica: Un'Emergenza Globale

• L'acqua è una risorsa indispensabile ma limitata.
• Le riserve di acqua del pianeta si stanno esaurendo.
• Le cause principali sono: l'abuso, l'ingluinamento e il cambiamento climatico.
• Il 75% delle acque fluviali e sotterranee è previsto dall'uso agricolo industriale e domestico.
• Le acque che vengono reimmesse nei fiumi o nei mari dopo il loro uso civile devono avere determinati limiti imposti dalla legge.
• Gli impianti di depurazione sono circa 18.000 in Italia.
• Il cambiamento climatico accelera il ciclo geologico dell'acqua e il riscaldamento globale che va a modificare la disponibilità di acqua delle diverse aree.

Esplora le proprietà uniche dell'acqua, tra cui la sua densità anomala come ghiaccio e il ruolo di tampone termico. Valuta il tuo apprendimento su come queste proprietà influenzano l'ambiente e il clima.