I CICLI BIOGEOCHIMICI dell'ACQUA e del CARBONIO (parte I)

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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 consentel’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 bassaatmosfera l’acqua, trasportata dal vento,può tornare allo stato liquido anche anumerosi chilometri dalla zona diprovenienza tramite condensazione: èquello che accade con le precipitazioniatmosferiche (pioggia, grandine, neve,brina…).Una parte di queste ricade in mare echiude subito il ciclo. Un’altra cade invecesulla terraferma e prende diverse strade:

Il ciclo dell'acqua (IV)

a) il 30% evapora dal suolo, dai laghi e daifiumi e torna nell’atmosfera;b) il 20% penetra nel sottosuolo attraverso lefessure del terreno alimentando lacircolazione idrica sotterranea (faldeacquifere) che alimenta i fiumi attraversole sorgenti o torna direttamente a mare;c) il 40% è assorbita dalle piante e tornaall’atmosfera tramite la traspirazione delleFoglie;d) il 10% scorre sulla superficieterrestre sotto forma di corsi d’acqua e ghiacciai.

Il ciclo dell'acqua (V)A questo complesso circuitopartecipano anche gli organismi, adesempio la traspirazione delle piante èresponsabile dell’immissione in atmosferadi enormi quantità di acqua prelevata dalterreno attraverso le radici.Le fasi del ciclo idrologico hanno duratedifferenti: se nell’atmosfera può rimanereanche solo poche ore o settimane, neifiumi e laghi qualche mese, nel sottosuoloe in alcuni ghiacciai (es.quelli polari) anchemillenni. In Libia e negli Stati Uniti sonostate trovate delle falde acquiferecontenenti acqua fossile risalente a milionidi anni fa.

Il ciclo dell'acqua (VI)

Esiste poi l’acqua immobilizzata neiminerali (acqua di cristallizzazione) oquella che impregna i sedimenti posti agrande 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’acquapassano dall’idrosfera all’atmosferaattraverso 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 legatoad altri cicli biogeochimici, come quello delFosforo.

Il ciclo dell'acqua (VIII)

Fig.2 Ciclo dell'acqua o idrologico

Il ciclo del carbonio (I)Nel ciclo del carbonio il ruolo dellabiosfera è ancor più determinante poiché ilcarbonio 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 lanostra atmosfera, una volta ricca inmetano (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 carbonioentrano nel ciclo a causa delle attivitàumane: i combustibili fossili, in massimaparte formatisi in tempi geologici pertrasformazione della materia organica incondizioni anaerobie, vengono bruciati perricavarne energia.Il risultato? Dalla rivoluzione industrialein poi l’uomo ha immesso in atmosferasempre più CO2. Oltre a causare l’effettoserra con i conseguenti, rapidi,cambiamenti climatici a livello globale, inqueste condizioni anche gli oceani stannocambiando 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 scioglienell’acqua marina formando acido carbonico (H++ HCO3

-)che attacca le rocce calcaree (CaCO3) insolubili formando bicarbonato solubile:

CaCO3 insolub. + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2HCO3-solubile

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 nelmare, si è abbassato notevolmente il pH(acidificazione degli oceani). Si ritiene chegli attuali aumenti di temperatura e aciditàdegli oceani siano all'origine della mortedelle 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 clic

2) Introduzione sul ciclo dell'acqua clic

3) Sguardo d’insieme sull’acqua e alcuni suoi aspetti merceologici clic

4) Utile come premessa allo studio del ciclo dell'acqua o come verifica

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