UNIVERSO ACQUA
Una sostanza per la Terra
Una sostanza per la vita
L’acqua e le sue proprietà chimico-fisiche
Il ciclo dell’acqua
Parte I La distribuzione dell’acqua sulla Terra
Gli oceani: correnti, maree, onde
Caratteristiche chimiche dell’acqua
• L’acqua è un composto di idrogeno H e ossigeno O
• Per ogni grammo di idrogeno ci sono 8 grammi di
ossigeno (1 atomo O pesa quanto 16 atomi H)
• ogni atomo di ossigeno è legato a 2 atomi di idrogeno
a formare la molecola H2O
• I 3 atomi sono tenuti assieme da legami covalenti
• i nuclei degli atomi O e H attirano gli stessi elettroni
• ma quello di O li attira con una forza maggiore!
• La molecola H2O non presenta una carica elettrica,
• ma la disomogenea distribuzione degli elettroni ()
-
attorno i nuclei (+) la rende polare -
-- - δ
O --
• La polarità della molecola H2O è alla base H H
delle eccezionali proprietà dell’acqua δ+
Il legame a idrogeno
Gli atomi di H di una molecola
vengono δ
O
attirati da un atomo O H H
di un’altra molecola δ+
-Il legame a idrogeno è debole,
si forma e si scinde in continuazione liquido
-per scindere i legami a idrogeno occorre fornire energia
-le molecole si agitano vapore
-quando il vapore condensa, si libera l’energia
calore latente
l’acqua ha una elevatissima capacità termica
capacità termica
può immagazzinare grandi quantità sostanza Calore
di calore senza che la sua temperatura specifico
aumenti di molto e lo cede gradualmente ( J/g° C)
acqua, liquida
per elevare di 1°C 1 g di acqua 4,184
- da 14° a 15°- occorrono acqua, ghiaccio 2,03
4,184 joule, ossia 1 caloria
acqua,vapore 1,86
questa proprietà dipende dai carbonio, 0,51
legami a idrogeno: diamante
l’agitazione termica delle carbonio, grafite 0,71
molecole viene contrastata alluminio 0,90
dalle forze di attrazione
ferro 0,45
argento 0,24
azione calmieratrice sul clima vetro, Pyrex 0,736
Le forme dell’acqua sulla Terra
Gli stati fisici dipendono dall’energia
cinetica delle molecole di acqua:
• L’acqua si trova nei 3 bassa nel ghiaccio, media nell’acqua
stati fisici liquida, alta nel vapore
• Liquida -mari, fiumi, Molecola
laghi, falde sotterranee-
• Gassosa o vapor
d’acqua –atmosfera-
• Solida o ghiaccio –
ghiacciai, banchisa
polare, iceberg-
ghiaccio acqua vapore
capillarità
i legami a idrogeno permettono alle molecole di
“arrampicarsi” lungo le pareti del contenitore
se questo è sottile come un capello, la “cordata”
può raggiungere altezze notevoli
così l’acqua può
arrivare anche alle
foglie più alte di
un albero e partecipare
alla fotosintesi!
ma anche raggiungere, arrampicandosi lungo un muro,
un piano alto dell’abitazione!
o, ancora, da una falda sotterranea, raggiungere le radici
delle piante mantenendole in vita
L’ acqua: il migliore solvente
• L’acqua sul nostro pianeta e nel nostro
corpo contiene disciolte altre sostanze
• Le molecole di acqua disperdono le
molecole e gli ioni di altre sostanze polari
• tiene in sospensione particelle più grandi
• modifica le sue proprietà:
punto di ebollizione
punto di solidificazione
pressione osmotica
acidità
Distribuzione dell’acqua sulla Terra
altro 3% altro 1%
Fiumi
36‰
evaporazione elevata
precipitazioni scarse
Mediterraneo
fino a 39 ‰
Zone equatoriali
<35‰
precipitazioni superano
del 40% l’evaporazione
Temperatura dell’acqua
Atlantico: 2-3°C
superficie da 1°C a +25-30°C profondità
Mediterraneo: 13°C
dipende da irraggiamento solare
varia con latitudine e con stagioni
struttura dell’oceano
strato superficiale
strato termoclino
strato profondo
la luce
• la luce penetra nell’acqua del mare con intensità
inversamente proporzionale alla profondità
• dipende anche dalla quantità di materiale
sospeso e dall’angolo di incidenza
• Quantità: a 10 m di profondità1/10 di quella
che arriva alla superficie
• filtro selettivo penetra luce azzurra e violetta
• a 50 m di profondità solo luce artificiale fa
distinguere i colori
• La fotosintesi può avvenire solo nei primi metri
sotto la superficie
• densità densità
1,008 - 1,030 g/cm3
• dipende da salinità, temperatura e pressione (dipende da profondità :
1 atm ogni 10 m )
in genere
direttamente inversamente
proporzionale proporzionale
isopicniche
salinità - profondità temperatura
linee che uniscono i punti
con uguale densità
profondità
parallele, crescenti
dall'alto verso il basso
distribuzione stabilità
temperatura salinità densità diversa
correnti termoaline instabilità
Trasferimenti
correnti acqua-aria
flussi di masse d’acqua
con caratteristiche
termiche e saline
specifiche Correnti superficiali
per cui si distinguono calde
Correnti profonde
nettamente
fredde e salate
dalle acque circostanti attrito tra masse d'aria
differenza di densità in movimento –alisei-
di masse d'acqua adiacenti e la massa d'acqua
superficiale del mare
contatto tra mari
da Atlantico settentrionale
interni e oceani
l’acqua superficiale si inabissa,
l’acqua profonda risale strato di 100-200 metri,
nel Pacifico settentrionale più sottile all’equatore,
più profondo verso i poli
CORRENTI
CORRENTI DI GRADIENTE CORRENTE TERMOALINA DI DERIVA
la spirale di Ekman
trasmissione per attrito dell’effetto del vento
a strati sottostanti di acqua, sempre più
lenti e spostati verso destra
l’acqua si muove perpendicolare al vento
in direzione opposta alla costa
trasporto di Ekman si crea un vuoto
risalita delle acque profonde più fredde
in superficie sostanze nutritive
(nitrati, fosfati, carbonio organico),
Direzione Direzione dell’acqua fioritura del fitoplancton
del vento in superficie zone di pesca abbondante.
Direzione
della massa
d’acqua
Circolazione negli oceani
maree
località ampiezza
Baia di Fundy (Nuova Scozia; Canada) 20.0 m
Foce del Rio Gallegos (Argentina) 18.0 m
Baia di Frobisher (Canada) 17,4 m
Foce del Fiume Severn (Gran Bretagna) 16,3 m
Baia del Mont-Saint-Michel (Francia) 14,7 m
• sollevamento di masse d’acqua Foce del Fiume Fitzroy (Australia) 14,0 m
–Luna e Saint-Malo (India)
attirate da corpi celesti Bhaunagar
(Francia) 13,3 m
12,4 m
Sole- Foce del Rio Colorado (Messico) 12,3 m
• 2 volte al giorno, su ogni punto
allineato con la Luna e ai suoi
antipodi(più lontani dal centro di
gravità del sistema Terra-Luna) centro gravità
• se Luna e Sole sono allineati sistema
Terra-Luna
marea sigiziale marea per
• se Sole e Luna distanti 90° attrazione lunare
marea di quadratura
• in Mediterraneo 50 cm circa
marea per
• in Atlantico oltre 1 metro forza centrifuga
le onde
• Movimenti delle molecole di acqua dovuti al vento che preme sulla superficie
marina cavi e creste d’onda
• Le molecole compiono moti circolari e trasmettono energia a quelle
sottostanti oscillazioni, trasporto di energia non di materia
• Il movimento si trasmette fino a una profondità=1/2 λ
• Presso la costa, il moto si appiattisce e interferisce con il fondale
• Si determina un ritardo tra la superficie e il fondale frangente
l’acqua modella la terra
l’attrito con il fondale rallenta le particelle
profonde rispetto quelle di superficie
frangente di spiaggia
il moto diventa orizzontale
onda di traslazione
trasporta acqua verso la spiaggia
l’acqua, si ritira ( riflusso)
al di sotto della successiva onda risacca
rifrazione d’onda
cede l’energia alla costa
Le onde si dispongono parallele alla costa
La lunghezza d’onda si modifica
massima quantità di energia ceduta alla costa in corrispondenza delle sporgenze
costa sabbiosa costa rocciosa la compressione dell’aria da
erosione della spiaggia parte dell’acqua negli interstizi agisce come un
esplosivo sbriciolamento della roccia