L'Idrosfera Terrestre: Ciclo, Proprietà e Importanza degli Ecosistemi Acquatici

L'Idrosfera

Circa 4600 milioni di anni fa, durante la formazione della Terra, le alte temperature conservarono l'acqua in forma di vapore. Quando la Terra cominciò a raffreddarsi al di sotto del punto di ebollizione dell'acqua, si verificarono precipitazioni giganti che riempirono le parti inferiori della superficie, formando gli oceani. Pertanto, la percentuale maggiore di acqua sulla Terra è quella marina, mentre la più alta percentuale di acqua dolce si trova sotto forma di masse di ghiaccio e acque sotterranee. Il resto dell'acqua presente sul pianeta si trova nei continenti e nell'atmosfera.

Ciclo dell'Acqua

L'acqua rimane in costante movimento. Il vapore acqueo nell'atmosfera condensa e ricade sui continenti e negli oceani, sotto forma di pioggia o neve. L'acqua che cade sui continenti scende dalle montagne nei fiumi, o si infiltra nel terreno per accumularsi come acque sotterranee. Gran parte delle acque interne finisce nel mare, oppure evapora o viene traspirata dalle piante nell'atmosfera. Anche nei mari e negli oceani l'acqua evapora costantemente. L'energia solare mantiene il ciclo in funzionamento continuo.

Dopo un anno, 500.000 km³ di acqua evaporano, il che corrisponde a una media di 980 l/m² o mm. Cioè, è come se uno strato di 980 mm (tre piedi) di acqua che copre tutta la Terra evaporasse durante l'anno. Poiché nell'atmosfera rimangono costanti solo 12.000 km³, significa che la stessa quantità di 500.000 km³ che è evaporata ricade come precipitazioni durante tutto l'anno. Sebbene la media di evaporazione e precipitazione sia di 980 mm, la distribuzione è irregolare, soprattutto nei continenti. Nel deserto piove meno di 200 mm e in alcune zone di montagna piove 6.000 mm o più.

Il tempo medio di permanenza di una molecola d'acqua nelle varie fasi del ciclo è di:

• Atmosfera: 9-10 giorni
• Fiumi: 12-20 giorni
• Laghi: 1-100 anni
• Acque sotterranee: fino a 300 anni
• Oceani: 3.000 anni

Questi tempi influenzano fortemente la persistenza dell'inquinamento negli ecosistemi acquatici. Per esempio, se un fiume è inquinato, entro pochi giorni o settimane può essere pulito, trascinando le sostanze inquinanti in mare, dove devono essere diluite in una grande quantità d'acqua. Ma se un pozzo sotterraneo viene contaminato, il problema persisterà per decine o centinaia di anni.

Caratteristiche dell'Acqua

Le proprietà dell'acqua la rendono un liquido ideale per la vita. L'alta polarità della molecola d'acqua è di particolare interesse, in quanto da essa derivano altre importanti proprietà.

Polarità

Le molecole d'acqua sono polari. Grazie a questa polarità, l'acqua è un buon solvente per i sali e altre sostanze polari, ma un solvente scarso per i gas non polari e altre sostanze come grassi e oli.

Calore Specifico, di Vaporizzazione e di Fusione

La quantità di calore necessaria per vaporizzare e fondere l'acqua è elevata se confrontata con altre sostanze di dimensioni simili. Questo perché le molecole d'acqua sono tenute insieme da forze elettriche tra le loro aree positive e negative. Ciò rende l'acqua un buon tampone termico e aiuta a regolare la temperatura della Terra e degli organismi viventi.

Coesione

La coesione è una proprietà dell'acqua, prodotto della sua polarità, per cui le molecole, essendo attratte l'una dall'altra, rimangono collegate tra loro. La coesione spiega fenomeni come il movimento dell'acqua sul suolo.

Densità e Stratificazione

La densità dell'acqua è di 1 kg/l, ma varia leggermente con la temperatura e la dissoluzione di sostanze, il che ha una notevole importanza ecologica.

La densità aumenta al diminuire della temperatura fino a raggiungere i 4 °C, dove la densità è massima. Da qui in poi la densità diminuisce e il ghiaccio galleggia sull'acqua. Ciò significa che quando un lago o il mare si congela, il ghiaccio galleggia sulla superficie e isola il resto del corpo d'acqua, impedendone il congelamento. Strati d'acqua di diversa densità si dispongono in strati che funzionano come parti indipendenti. Non essendoci scambio tra loro, alcune sostanze nutritive, come l'ossigeno o i fosfati, possono impoverirsi in alcuni strati mentre sono abbondanti in altri. Le creature viventi possono vivere nell'acqua liquida sotto il ghiaccio.

Salinità

Gli ioni che conferiscono salinità all'acqua hanno due origini: quelle trasportate dalle acque provenienti dai continenti e quelle che emergono con il magma dalle dorsali oceaniche.

In un litro di acqua di mare vi sono di solito circa 35 g di sale, di cui circa due terzi sono cloruro di sodio. Ci sono luoghi dove la salinità è diversa (per esempio, è proporzionalmente alta nel Mediterraneo e bassa nel Baltico), ma il rapporto tra gli ioni si mantiene sempre simile, anche se i valori assoluti sono diversi. In alcuni luoghi la salinità dei mari diventa troppo elevata, come nel Mar Morto con 226 g di sale per litro. Nelle acque dolci interne si trovano quantità molto minori di ioni. La componente principale è il bicarbonato di calcio (circa decigrammi per litro), che indica il maggiore o minore grado di durezza dell'acqua.

Gas Disciolti

L'ossigeno disciolto in acqua è un fattore limitante importante per gli organismi che vivono in questo ambiente. Mentre in un litro d'aria vi sono 209 ml di ossigeno, la quantità che l'acqua riesce a sciogliere è 25 volte inferiore. La diffusione di ossigeno nell'acqua è molto lenta. La turbolenza delle acque, agitandole e mescolandole, accelera il processo di diffusione di migliaia di volte.

La temperatura influenza la solubilità. Mentre i solidi si sciolgono meglio a temperature più elevate, il contrario è vero per i gas. L'acqua fredda scioglie più ossigeno e altri gas rispetto all'acqua calda, in quanto temperature più elevate significano una maggiore agitazione delle molecole, rendendo più facile per il gas uscire dal liquido.

Acque Interne

Fiumi

I fiumi hanno origine da sorgenti che affiorano in superficie o in luoghi dove i ghiacciai si fondono. Dalla loro origine seguono la pendenza per raggiungere il mare. Un fiume, con i suoi affluenti, drena una zona conosciuta come bacino idrografico (o spartiacque). La separazione tra i bacini idrografici è la linea spartiacque.

Dalla sua nascita in una zona di montagna fino all'estuario, il fiume diminuisce generalmente la sua pendenza. Il profilo longitudinale mostra chiaramente il percorso del fiume fino al mare. In genere la pendenza è forte nel primo tratto del fiume, mentre attraversa le montagne (corso superiore), e diventa molto piccola, quasi orizzontale, man mano che si avvicina alla foce (corso inferiore). La foce del fiume indica il livello di base.

Il fiume subisce variazioni della sua portata. Nella stagione delle piogge la portata aumenta e diminuisce in condizioni di siccità, anche se alcuni fiumi hanno la portata massima al momento del disgelo. Le alluvioni possono essere graduali o molto brusche.

Laghi

I laghi si formano quando l'acqua si raccoglie in una zona che non è direttamente collegata al mare, ma che passa o finisce in una depressione. In molti casi un fiume attraversa il lago e prosegue verso il mare, ma in altri non vi è drenaggio e l'acqua evapora nell'atmosfera direttamente dal lago.

Acque Sotterranee

Una parte dell'acqua che cade sul terreno scorre verso i fiumi e i laghi (il deflusso superficiale), ma un'altra parte si infiltra, sia direttamente quando piove, sia dai fiumi e dai laghi. Dal sottosuolo, l'acqua risale per evaporazione, o emerge da sorgenti o alimenta fiumi e laghi dal suo letto.

L'acqua che penetra nei pori di una roccia permeabile si ferma in una zona impermeabile. Così lo strato permeabile si riempie d'acqua (zona satura). L'area sovrastante, in cui l'acqua scende ma i pori contengono ancora aria, è chiamata zona di aerazione. Il contatto tra le due zone è la falda freatica (o tavola d'acqua). Il livello della falda freatica può superare la superficie dopo forti piogge, quando il terreno è impregnato d'acqua. Le rocce porose e permeabili che immagazzinano e trasmettono l'acqua si chiamano acquiferi (o falde acquifere) e sono una fonte importante di acqua per uso umano. Le rocce e i terreni che consentono il passaggio dell'acqua sono chiamati permeabili, al contrario di quelli impermeabili.

Principali Tipologie di Acquiferi

• Acquiferi Detritici: Sono composti da masse di rocce rotte, come sabbia o ghiaia, che immagazzinano acqua negli spazi interstiziali.
• Acquiferi Carsici: Alcune rocce vengono disciolte dall'acqua e formano tipiche strutture geologiche carsiche in grado di immagazzinare grandi quantità d'acqua. I calcari sono le rocce più comunemente carsificabili, ma anche il gesso, la dolomite e i sali possono formare acquiferi carsici. Le rocce carbonatiche occupano più di 100.000 km² nella penisola iberica, quindi i paesaggi e gli acquiferi carsici sono comuni.