Acqua

1. L'IDROSFERAL'IDROSFERA

2. La distribuzione dell'acqua
sulla Terra

3. L'Idrosfera
L'acqua presente sul globo terrestre costituisce l'idrosfera.
L'idrosfera del pianeta Terra è basata sul ciclo delle acque, che passano
continuamente dallo stato liquido, a quello gassoso e, in alcuni casi, allo stato solido.
La gran parte di queste acque è raccolta negli oceani, che ne permettono il continuo
riciclo.
Sul nostro pianeta l'idrosfera è presente in forma solida, liquida e gassosa. E'
raccolta in grandi serbatoi nelle concavità presenti sulla litosfera, la crosta solida del
pianeta.

4. L'idrofera è costuita dal complesso di tutte le acque presenti nel nostro pianeta sia
allo stato solido, sia allo stato liquido e areiforme.
L'idrosfera del pianeta Terra è basata sul ciclo delle acque, che passano continuamente
dallo stato liquido, a quello gassoso e, in alcuni casi, allo stato solido. La gran parte di
queste acque è raccolta negli oceani, che ne permettono il continuo riciclo. Sul nostro
pianeta si trovano 1,4 miliardi di chilometri cubi di acqua il 97% si trova nel mare il 3% nei
ghiacciai e nelle calotte polari lo 0,2 % è acqua disponibile per l'uomo cioè acqua dolce, che
si trova nei laghi, nei fiumi e nelle acque sotterranee (falde acquifere).
Il Ciclo dell'Acqua
La prima parte detta anche fase atmosferica (evaporazione → formazione delle nubi →
venti) è alimentata dall’energia solare: circa ¼ di tutta l’energia proveniente dal Sole è
utilizzata per l’evaporazione e viene accumulata nelle nuvole come energia potenziale. Nella
seconda parte detta anche fase terrestre: (precipitazioni → deflusso dell’acqua) interviene la
forza di gravità che provoca la ricaduta dell’acqua sul suolo e il movimento delle acque in
superficie e in profondità: in questo modo l’energia accumulata nell’acqua delle nuvole si
trasforma in energia cinetica. L'acqua che cade sul suolo ritorna al mare con le falde
acquifere e con i corsi d'acqua.

6. Il sole, che attiva il ciclo dell’acqua,
riscalda l’acqua del mare. Parte di essa
evapora nell’aria. L’evaporazione avviene
anche dalle acque dolci dei laghi e dei
fiumi. Sul continente, l’evapotraspirazione,
che è l’acqua traspirata dagli esseri viventi
ed evaporata dal sole, apporta vapore
all’aria. Le correnti d’aria ascensionali
sollevano il vapore in alto nell’atmosfera
dove la temperatura più bassa ne provoca
la condensazione in goccioline
microscopiche che formano le nuvole.
I venti trasportano le nubi per il mondo, e
le particelle delle nubi collidono, si
accrescono, e cadono dal cielo come
precipitazione.
Mentre una gran parte delle precipitazioni cade nei mari, una parte cade sulle terre emerse
dove, a causa della gravità, fluisce come ruscellamento superficiale. Parte del ruscellamento
superficiale raggiunge i fiumi e si muove come flusso incanalato verso il mare, mentre parte di
esso si accumula come acqua dolce nei laghi e nei fiumi. Non tutto il ruscellamento score in
corpi idrici superficiali. Molto se ne infiltra nel terreno (infiltrazione). Parte dell’acqua si infiltra in
profondità nel terreno ed alimenta gli acquiferi.
Nel tempo, tuttavia, quest’acqua continua a muoversi, e parte rientra nel mare dove il ciclo
termina…e ricomincia.

7. Il mare è un magazzino d’acqua
C’è molta più acqua “immagazzinata” nei mari di quanta ve ne sia in
movimento nel ciclo dell’acqua. Si stima che circa 1.338.000.000 chilometri
cubi, dei 1.386.000.000 chilometri cubi di acqua presente in totale sulla
terra, sono nei mari. Vuol dire circa il 96,5 per cento. Si stima anche che il
mari forniscono circa il 90 per cento dell’acqua evaporata che entra nel
ciclo idrologico.

8. L’evaporazione e perché avviene.
L’evaporazione è il processo tramite il quale l’acqua si trasforma da liquido a gas o
vapore. L’evaporazione è il modo principale in cui l’acqua torna nel ciclo ideologico
sotto forma di vapore nell’atmosfera. Studi hanno dimostrato che i mari, i laghi ed i
fiumi, producono circa il 90 per cento dell’umidità dell’atmosfera tramite
l’evaporazione, mentre il rimanente 10 per cento proviene dalla traspirazione della
vegetazione.

9. Evapotraspirazione: il processo attraverso
il quale il vapore d’acqua è disperse
nell’atmosfera dall’evaporazione dal suolo
e dalla traspirazione della vegetazione.
Sebbene alcune definizioni di evapotraspirazione
includano l’evaporazione dalla superficie delle masse
d’acqua, come i laghi ed i mari, in questo Web
site l’evapotraspirazione è definita come l’acqua ceduta
all’atmosfera dalla superficie delle terre emerse,
dall’evaporazione dalla frangia capillare dell’acqua
sotterranea, e dalla traspirazione dell’acqua di origine
sotterranea prodotta dalla vegetazione attraverso le
foglie e l’erba.

10. L’atmosfera è ricca d’acqua.
Sebbene l’atmosfera non sia una grande magazzino d’acqua, è la "super-autostrada"
usata per spostare l’acqua intorno al mondo. C’è sempre acqua nell’atmosfera. Le
nuvole, costituita da goccioline piccolissime, sono la forma più visibile di acqua
atmosferica, ma anche l’aria limpida contiene acqua sotto forma di vapore, in molecole
separate, troppo piccole per essere viste. Il volume di acqua nell’atmosfera è circa
12.900 milioni di chilometri cubi. Se tutta l’acqua nell’atmosfera piovesse in una sola
volta, coprirebbe la superficie terrestre con uno spessore di 2,5 centimetri.

11. Condensazione: trasformazione dell’acqua da vapore a liquido.
La condensazione è il processo con cui il vapore acqueo è trasformato in acqua
liquida. E’ un processo che libera calore. La condensazione è importante per il ciclo
dell’acqua perché dà origine alle nuvole. Le nuvole producono le precipitazioni, che
sono il modo in cui l’acqua ritorna sulla terra. La condensazione è l’opposto
dell’evaporazione.
La condensazione è anche la causa della nebbia, dell’appannamento degli occhiali
quando si passa da un ambiente esterno freddo in uno interno caldo e umido, delle
goccioline che si formano sull’eterno di un bicchiere di bibita gelata, e
dell’appannamento dell’interno dei vetri delle finestre nei giorni freddi.

12. Le coperture di ghiaccio nel mondo.
L’acqua conservata per lunghi periodi di tempo nel ghiaccio, nella neve e nei ghiacciai,
sono parte del ciclo idrologico globale. La stragrande maggioranza, circa il 90 per cento,
delle masse glaciali della terra è in Antartide, mentre il ghiacciaio continentale della
Groenlandia contiene circa il 10 per cento della massa di ghiaccio totale del globo. In
Groenlandia, il ghiacciaio continentale ha uno spessore medio di circa 1.500 metri, ma può
raggiungere i 4.300 metri. Intorno al Polo Nord esiste uno strato di ghiaccio galleggiante
(banchisa) spesso pochi metri.

13. Ruscellamento da fusione
delle nevi:
In tutto il mondo, il ruscellamento
da fusione della neve è una parte
rilevante del movimento globale
d’acqua. Nei climi più freddi, la
maggior parte del ruscellamento
primaverile e del flusso nei corsi
d’acqua proviene dalla neve e dal
ghiaccio in fusione. A parte le
inondazioni, lo scioglimento rapido
della neve può innescare delle
frane, incluse le colate di detrito.

14. l ruscellamento superficiale è il ruscellamento da precipitazione sul
paesaggio.
Molte persone probabilmente pensano che la precipitazione cade sulla terra, scorre in
superficie (ruscellamento) e corre nei fiumi che quindi si riversano nei mari. In realtà è più
complicato, perché anche i fiumi prendono e cedono acqua al terreno. Tuttavia, molta
dell’acqua dei fiumi proviene direttamente dal ruscellamento da precipitazione, definito
ruscellamento superficiale.

15. Flusso incanalato:Il movimento dell’acqua nei fiumi.
La "portata" è la quantità di acqua che scorre in un fiume, in un torrente o in
un ruscello. I fiumi sono importanti non solo per la gente, ma per la vita in
ogni luogo. L'acqua dei fiumi è utilizzata per bere, per irrigare, per produrre
elettricità e come fonte di energia meccanica, per allontanare rifiuti liquidi
(possibilmente trattati), per trasportare mercanzie e persone, e per
ricavarne cibo. I fiumi sono essenziali per le piante e gli animali. Aiutano a
mantenere carichi gli acquiferi sotterranei scaricando acqua in profondità
attraverso il loro letto. Infine, i mari rimangono pieni d’acqua anche perché
vi sboccano i fiumi.

16. Infiltrazione: il movimento dell’acqua
dalla superficie verso il basso nel
sottosuolo.
Dappertutto nel mondo, parte dell’acqua che
precipita come pioggia o neve s’infiltra nel
sottosuolo. L’entità di questa parte dipende da
numerosi fattori. L’infiltrazione della precipitazione
che cade sui ghiacci della Groenlandia può essere
molto piccola, mentre, come mostra questa
immagine del fiume che scompare in una grotta in
Georgia, in un solo punto la quantità di
infiltrazione può essere elevatissima.
Parte dell’acqua che s’infiltra rimane negli strati
superficiali del suolo. Parte s’infiltra più
profondamente (deflusso sotterraneo), ricaricando
di acqua sotterranea gli acquiferi. Dagli acquiferi è
possibile che l’acqua venga a giorno da sorgenti o
che se ne possa estrarre scavando dei pozzi o
delle gallerie. L’acqua può percorrere lunghe
distanze o rimanere in un acquifero per lungo
tempo prima di ritornare in superficie o filtrare
verso un'altra massa d’acqua, come un fiume o il
mare.

17. Acqua sotterranea
Quando la precipitazione s’infiltra
nel suolo, forma una zona satura
ed una zona non satura,
sovrapposte, normalmente con la
zona satura in basso. Nella zona
non satura c’è dell’acqua presente
nei pori della roccia e del suolo, ma
non li riempie completamente.
L’acqua nella zona del suolo è
utilizzata dalla vegetazione e da
questa viene in parte trasformata in
traspirazione. Nella zona satura,
l’acqua occupa completamente gli
spazi (pori e fratture) nella roccia e
nel suolo. Da questa zona, che in
pratica è un acquifero, l’acqua può
essere estratta con i pozzi.

20. Il ciclo dell'acqua si può osservare in una pentola in ebollizione:
Dall'acqua grazie al calore si alza vapore acqueo che condensa sul coperchio della
pentola, per poi ricaderci sotto forma di gocce.

21. L'umidità relativa (o UR) è una quantità usata
per misurare l'umidità presente nell'aria. E'
definita come il rapporto della pressione parziale
del vapore acqueo contenuto in un miscuglio
gassoso di aria e vapore acqueo rispetto alla
pressione di vapor saturo, espressa in
percentuale. Un'umidità relativa del 100%
indica che il miscuglio gassoso contiene la
massima quantità di umidità possibile per le
date condizioni di temperatura e pressione.
La quantità di vapore che può essere contenuta
da una massa d'aria diminuisce al diminuire
della temperatura, e diventa nulla a -40°C.
Lo strumento usato per misurare l'umidità
relativa si chiama igrometro.
L'umidità assoluta esprime la densità
del vapore acqueo in una massa d'aria
umida (miscela vapore acqueo-aria)
Più precisamente, essa misura quanti
grammi di vapore acqueo sono
presenti in 1 m3
d'aria umida, a una
data temperatura e una data
pressione.

22. Il Principio di Pascal
Si pensi a dell'acqua in un recipiente: l'acqua
esercita della forza sulle pareti del recipiente le
quali reagiscono con forze uguali ed opposte,
realizzando così una situazione di equilibrio.
Quanto detto va sotto il nome di principio di Pascal,
che viene solitamente presentato in questa forma:
La pressione esercitata su un fluido racchiuso
in un recipiente si trasmette invariata a
qualsiasi punto del fluido e alle pareti del
recipiente che lo contiene.

23. Legge di Pascal.
Consideriamo un recipiente contenente un liquido (per esempio dell'acqua) dotato di
un pistone ben aderente alla superficie interna del contenitore ed a contatto con il
liquido. Supponiamo che sul pistone agisca una certa forza :
Supponiamo di praticare dei fori nel recipiente (e nel pistone stesso). Ovviamente, se
si aumenta la forza che agisce suo pistone, il liquido fuoriesce con maggior "intensità" dal
recipiente.
L'esperienza mostra quindi che la pressione è aumentata non solo sulla superficie a
contatto con il pistone, ma anche in corrispondenza dei fori. L'aumento di pressione è
lo stesso in tutti i punti del liquido e corrisponde a quello esercitato dal pistone. Il
fenomeno è descritto dalla legge di Pascal :
"la pressione esercitata sulla superficie di un liquido si trasmette inalterata
su tutte le superfici a contatto con il liquido".

24. In questo caso la pressione che agisce sull'acqua è la pressione atmosferica

25. Legge di Stevino (Simon Stevin, 1548 - 1620).
Esprime la pressione che un liquido esercita sul fondo di un recipiente in
funzione della densità del liquido, dell'accelerazione di gravità e
dell'altezza del liquido.
La pressione risulta essere direttamente proporzionale alla densità ed
all'altezza del liquido.
Osservando la formula, notiamo che la pressione non dipende dalla
superficie della base del recipiente.
Questo significa che uguali colonne di liquido di superficie diversa,
esercitano sul fondo la stessa pressione !!

26. Una nuvola, o nube, è una massa visibile di piccole goccioline d'acqua o cristalli di ghiaccio sospesi
nell'atmosfera, sopra la superficie terrestre.
Le nuvole che si formano sulla Terra sono costituite di vapore acqueo che, condensandosi, forma
piccole goccioline o cristalli di ghiaccio, solitamente di 0,01 mm di diametro. Quando si formano
agglomerati di miliardi queste goccioline, appare visibile la nuvola, di un tipico colore bianco, dovuto
all'alta riflessione della luce (fra il 60% e il 85%) sulla superficie di queste goccioline.
A causa dell'elevata dispersione della luce nelle goccioline che compongono la nube, essa può apparire
anche grigia o a volte quasi nera. Maggiore sarà la densità della nube e maggiore il suo spessore, più
scura essa apparirà . Questo è il motivo per cui una nube temporalesca, generalmente un
cumulonembo, appare molto scura alla base.
Le nubi sono prodotte dalla condensazione del vapore generato dall'evaporazione dell'acqua sulla
superficie terrestre (contenuta nei mari, laghi, fiumi, etc.) a causa del riscaldamento solare. Il fenomeno,
per quanto complesso, si può riassumere come segue:
A causa dell'irraggiamento solare la temperatura della superficie terrestre aumenta. Per conduzione
termica il suolo caldo scalda anche l'aria a contatto con esso. Poiché l'aria calda è più leggera di quella
fredda, essa si solleva generando una corrente ascensionale e portando con se l'umidità contenuta.
Salendo, l'aria si raffredda adiabaticamente, raggiungendo il punto di saturazione del vapore, il quale
pertanto si trasforma in minuscole goccioline di acqua, che galleggiano nell'aria, formando per l'appunto
le nubi. Se la temperatura è particolarmente bassa, queste si trasformano in microscopici cristalli di
ghiaccio.

27. Costruiamo una nuvola in una bottiglia

28. Vari tipi di nuvole

29. La capillaritàLa capillarità è l'insieme di fenomeni dovuti
alle interazioni fra le molecole di un liquido e
un solido (per esempio le pareti di un
recipiente) sulla loro superficie di
separazione. Le forze in gioco che si
manifestano in tale fenomeno sono la
coesione, l'adesione e la
tensione superficiale.
Essa ad esempio si manifesta sulla
superficie del liquido in contatto col solido
che può presentarsi sollevata (nel caso dell'
acqua), poiché le forze di adesione tra
l'acqua ed il recipiente che la contiene sono
maggiori delle forze di coesione tra le
molecole d'acqua, o infossata (nel caso del
mercurio) rispetto al resto della superficie,
perché in questo caso sono le forze di
coesione a prevalere rispetto alle forze di
adesione.

30. La capillaritàLa capillarità

31. La tensione superficiale è una particolare
proprietà dei fluidi che opera lungo la superficie di
separazione (interfaccia) tra il fluido stesso ed un
materiale di un'altra natura, ad esempio un solido,
un liquido o un gas. Dal punto di vista
termodinamico può essere definita come il lavoro
necessario per aumentare la superficie del liquido di
una quantità unitaria.