I CICLI BIOGEOCHIMICI dellACQUA e del CARBONIO parte

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 consente l’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 bassa atmosfera l’acqua, trasportata dal vento, può tornare allo stato liquido anche a numerosi chilometri dalla zona di provenienza tramite condensazione: è quello che accade con le precipitazioni atmosferiche (pioggia, grandine, neve, brina…). Una parte di queste ricade in mare e chiude subito il ciclo. Un’altra cade invece sulla terraferma e prende diverse strade:

Il ciclo dell'acqua (IV) a) il 30% evapora dal suolo, dai laghi e dai fiumi e torna nell’atmosfera; b) il 20% penetra nel sottosuolo attraverso le fessure del terreno alimentando la circolazione idrica sotterranea (falde acquifere) che alimenta i fiumi attraverso le sorgenti o torna direttamente a mare; c) il 40% è assorbita dalle piante e torna all’atmosfera tramite la traspirazione delle Foglie; d) il 10% scorre sulla superficie terrestre sotto forma di corsi d’acqua e ghiacciai.

Il ciclo dell'acqua (V) A questo complesso circuito partecipano anche gli organismi, ad esempio la traspirazione delle piante è responsabile dell’immissione in atmosfera di enormi quantità di acqua prelevata dal terreno attraverso le radici. Le fasi del ciclo idrologico hanno durate differenti: se nell’atmosfera può rimanere anche solo poche ore o settimane, nei fiumi e laghi qualche mese, nel sottosuolo e in alcuni ghiacciai (es. quelli polari) anche millenni. In Libia e negli Stati Uniti sono state trovate delle falde acquifere contenenti acqua fossile risalente a milioni di anni fa.

Il ciclo dell'acqua (VI) Esiste poi l’acqua immobilizzata nei minerali (acqua di cristallizzazione) o quella che impregna i sedimenti posti a grande 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. 000 km 3 d’acqua passano dall’idrosfera all’atmosfera attraverso 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 legato ad altri cicli biogeochimici, come quello del Fosforo.

Il ciclo dell'acqua (VIII) Fig. 2 Ciclo dell'acqua o idrologico

Il ciclo del carbonio (I) Nel ciclo del carbonio il ruolo della biosfera è ancor più determinante poiché il carbonio 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 CO 2 nell’atmosfera.

Il ciclo del carbonio (II) È per via di queste reazioni (fotosintesi e respirazione aerobia) che la nostra atmosfera, una volta ricca in metano (CH 4, altro composto del carbonio) e ammoniaca (NH 3), contiene 0, 032 % di CO 2 , 21% di O 2 , 78% di N 2 e 0, 33% di H 2 Ovap (valore medio).

Il ciclo del carbonio (III) Oggi ingenti quantità di carbonio entrano nel ciclo a causa delle attività umane: i combustibili fossili, in massima parte formatisi in tempi geologici per trasformazione della materia organica in condizioni anaerobie, vengono bruciati per ricavarne energia. Il risultato? Dalla rivoluzione industriale in poi l’uomo ha immesso in atmosfera sempre più CO 2. Oltre a causare l’effetto serra con i conseguenti, rapidi, cambiamenti climatici a livello globale, in queste condizioni anche gli oceani stanno cambiando 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 CO 2 di quanta ce ne sia in atmosfera. Quando la CO 2 atmosferica aumenta, la quantità in eccesso si scioglie nell’acqua marina formando acido carbonico (H++ HCO 3 -)che attacca le rocce calcaree (Ca. CO 3) insolubili formando bicarbonato solubile: Ca. CO 3 insolub. + CO 2 + H 2 O ↔ Ca 2+ + 2 HCO 3 -solubile

Il ciclo del carbonio (VI) In tal modo gli oceani tamponano le variazioni di concentrazione di CO 2 atmosferica; la reazione è infatti reversibile Per centinaia di milioni di anni questo processo ha funzionato e ha prodotto enormi quantità di rocce carbonatiche sono andate a depositarsi sui fondali marini. Con l’aumentare progressivo di CO 2 nell'atmosfera e quindi di bicarbonato nel mare, si è abbassato notevolmente il p. H (acidificazione degli oceani). Si ritiene che gli attuali aumenti di temperatura e acidità degli oceani siano all'origine della morte delle 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 2) Introduzione sul ciclo dell'acqua 3) Sguardo d’insieme sull’acqua e alcuni suoi aspetti merceologici 4) Utile come premessa allo studio del ciclo dell'acqua o come verifica cli c