Forte attrazione fra le molecole e forte tensione superficiale che permette all’acqua di risalire all’interno della pianta.

Il ghiaccio è più leggero dell’acqua, grazie al legame idrogeno.

Il ciclo idrologico[1] è abbastanza semplice.

L’acqua (vapore acque condensato nelle nubi) che cade sulla terraferma sotto forma di pioggia, neve, ecc . proviene dall’evaporazione sia dei mari sia della terraferma stessa (terreno e acque interne), inoltre quasi la metà è dovuta alla traspirazione delle piante (che estraggono acqua dal suolo). L’acqua caduta nel terreno in parte scorre in superficie, in parte percola in profondità finché incontra uno strato impermeabile che blocca il suo movimento verso il basso. Si ha un deflusso sotterraneo con formazione di una falda acquifera (freatica), che a volte può anche riemergere all’aperto sotto forma di sorgente (polle). Una parte dell’acqua ritorna al mare direttamente attraverso i corsi d’acqua, un’altra ritorna invece nell’atmosfera per evaporazione o traspirazione ricominciando il ciclo. In mancanza di vegetazione una quantità maggiore d’acqua penetrerebbe in profondità nel terreno e quindi l’evaporazione sarebbe minore.

L’acqua dolce non è priva di sali: ne contiene da 0,2 a 0,4 g/litro e li ottiene dalla dissoluzione parziale di minerali del suolo; quella piovana, in condizion 858j92i i normali, è quasi pura.

Traspirazione delle piante e trasporto dei soluti

L’acqua e i soluti nel suolo vengono catturati dalle radici e salgono lungo il fusto della pianta attraverso lo xilema (il legno) costituendo la linfa grezza. Arrivando nelle foglie (alle parti verdi), l’acqua viene “elaborata”, dopodiché, passando attraverso il floema, la linfa elaborata (saccarosio, enzimi, . ) viene mandata in tutta la pianta per nutrire le cellule che non fanno la fotosintesi oppure, se è in eccesso, si va ad accumulare negli apparati di riserva[2]. La tensione di vapore fa si che una parte dell’acqua venga traspirata dalla pianta attraverso gli stomi (vedi pag. ) dai quali fuoriesce il vapor acqueo.

L’acqua assorbita viene usata come fonte di ossigeno per la fotosintesi. Molti ioni contenuti nell’acqua piovana possono essere assorbiti direttamente per via epidermica. Quando le foglie muoiono le sostanze assorbite ritornano al suolo per essere decomposte.

Le piogge acide (vedi pag. ) intaccano la pellicola cerata delle foglie (soprattutto delle conifere) rendendole molto vulnerabili.

Acque sotterranee

L’acqua sotterranea si accumula se trova uno strato impermeabile e forma una falda freatica, la cui superficie libera, che passa attraverso particelle di roccia e pori, è la tavola d’acqua (livello piezometrico). Se l’acqua si infiltra tra due strati impermeabili, forma una falda confinata, detta artesiana, la sua superficie piezometrica (teorica) può allora trovarsi sopra quella topografica, perché l’acqua è soggetta a pressione. Se si fora la copertura, esce allora spontaneamente, mentre nella falda freatica occorre fare un pozzo. La falda freatica si ricarica grazie alla pioggia, mentre quella artesiana si ricaricano con i laghi. Non tutte le falde si possono ricaricare: acqua fossile[3], vi si è infiltrata in tempi geologici passati, è diventata quindi una risorsa non rinnovabile, perché hanno fondo cieco, cioè sono prive di uscite a valle.

Uso dell’acqua da parte dell’uomo

Dal 1950 ad oggi il consumo mondiale di acqua[4] è aumentato di 5 volte e si prevede un raddoppio nei prossimi 20 anni. L’acqua viene usata (media mondiale):

69% irrigazione (82% Asia contro 20% Europa).

23% produzione di energia e rimozione dei rifiuti.

8% uso domestico (15% USA e Europa, è da tener conto che in alcuni regioni l’acqua è gratuita, aumenta così lo spreco!).

L’uomo impedisce il ricarico delle falde sotterranee antropizzando con asfalto la falda soprastante. Con la canalizzazione, la compattazione dei suoli agricoli e con il disboscamento si fa in modo che l’acqua scorra velocemente senza infiltrarsi, ciò provoca erosioni e frane. Naturalmente la cosa più grave è il prelievo d’acqua direttamente dalle falde con pozzi freatici e artesiani, attorno ai quali si formano coni di depressione, che possono dare problemi di subsidenza e, se troppo vicini al mare, possono fare entrare nella falda acqua salmastra. Nelle zone aride la scarsità d’acqua si supera usando le acque sotterranee

Eccesso e carenza d’acqua

Nell’antichità quando un fiume (il Nilo) usciva dal suo alveo e allaga lo spazio attorno, le acqua trasportavano il limo con tutte le sue sostanze nutritive utili per la concimazione, ma oggi l’uomo abita direttamente dentro l’alveo del fiume, grazie ad argini, terrapieni e canalizzazioni che contengono il fiume nel suo letto. Oggi le acque dei fiumi sono inquinate e dopo un’alluvione, quando il fiume si ritira, restano molte sostanze inquinanti nei terreni circostanti (USA ’93).

Altro metodo per ridurre le inondazioni sono le dighe[5] da cui si può ricavare energia elettrica e può essere usato come serbatoio per l’irrigazione, ma ci sono anche degli svantaggi: si bloccano nel bacino le sostanze nutrienti, a volte vanno svuotate , distruzione della vegetazione e degli abitati dove sorge la diga, pericolo di crollo, terremoti che si verificano per il peso dell’acqua sul terreno.

Nei paesi caldi si utilizzano metodi di irrigazione a minimo spreco (spruzzamento e gocciolamento) [7]. Naturalmente la scarsità di acqua si fa sentire soprattutto quando non piove, anche a Bologna c’è stato un periodo di siccità (aumento della temperatura e scarse precipitazioni). Inoltre la carenza di acqua è accentuata dal disboscamento (che non fa trattenere l’acqua nel suolo) e dalla successiva desertificazione, che può essere provocata anche dal pascolo se troppo abbondante. Si è pronosticato che la carenza d’acqua si farà sentire soprattutto in USA, Russia, Medio Oriente, Messico e Cina, e siccome in queste zone ci sono 5 fiumi appartenenti ad almeno 2 nazioni e 10 fiumi appartenenti da 3 a 10 nazioni, si sono pronosticati anche conflitti futuri proprio per l’acqua.

Si sono pensati molti metodi per ovviare la carenza d’acqua. Uno di questi è la desalinizzazione dell’acqua marina[8], ma il costo va da 3 a 5 volte quello dell’acqua “normale” e inoltre si producono sostanze indesiderate (salamoia) che andrebbero poi smaltite. Altro sistema è quello della pioggia artificiale usando lo ioduro d’argento, ma ci servono sempre delle nuvole presenti. Oppure si potrebbero trasportare degli iceberg da polo, ma il costo sarebbe davvero proibitivo.

Anzitutto si potrebbe agire riducendo gli sprechi[9], riutilizzando acque di scarico trattate per l’irrigazione o per le lavorazioni di certe industrie .

Ecosistemi d’acqua dolce

Ecosistemi lotici: Fiumi

Il bacino idrografico (o di drenaggio) raccoglie sia le acque di precipitazione, cadute in un’area delimitata da una linea di crinali, sia quelle che arrivano da falde sotterranee anche al di fuori del perimetro dei crinali.

In base alla pendenza dell’alveo verso valle e al rilievo circostante, si riconoscono tre tratti in un corso d’acqua sviluppato:

Montagna: vi si trova la sorgente, poca portata, ma alta pendenza e corrente (valle a V), forte capacità erosiva, rapide e cascate frequenti, il sedimento è molto grossolano. L’acqua è molto ossigenata (alto tenore di ossigeno disciolto OD[11]).

Collina: pendii più dolci, la valle si allarga, inizia la sedimentazione con ciottoli e ghiaia, meno rimescolamento delle acque (cala OD), variano anche le specie animali.

Pianura: zona di piena, maggiore sedimentazione fatta anche da elementi fini: sabbia, limi, argilla. Il fiume forma vari meandri fino alla foce che può essere a estuario o a delta (con o senza paludi costiere).

Ciò che deve attenuare l’effetto dell’erosione dell’acqua sul terreno è la copertura vegetale, infatti più la vegetazione è fitta, minore è la portata dei fiumi perché l’acqua dilavata è ridotta, inoltre si ha una forte traspirazione e un ottimo rilascio di ossigeno. Mentre gli effetti della deforestazione sono: il suolo viene eroso più velocemente sia dagli agenti atmosferici sia da un pascolo eccessivo, i nutrimenti contenuti nell’acqua si dilavano, si ha un aumento dei sedimenti a valle che riempiono il letto del fiume, diminuisce la traspirazione, i terreni agricoli si riempiono d’acqua, le strade rendono meno stabili le colline che tendono a franare, ecc .

Ecosistemi lentici

Laghi

Possono avere origini glaciali, sono le morene che bloccano il ghiacciaio, questo rimane isolato e si scioglie formando un lago (lago di Garda), oppure possono essersi formati a causa di terremoti o da bocche di vulcani estinti.

Durante l’anno i laghi cambino la stratificazione della loro acqua. Considerandone uno in una zona temperata, durante l’estate si nota una zona di acqua calda (epilimnio) vicino alla superficie in cui prevalgono gli autotrofi, mentre più in basso si ha una zona di acqua fredda (ipolimnio) in cui prevalgono gli eterotrofi, tra queste vi si trova uno strato intermedio detto termoclino.

In autunno comincia il turn over: l’epilimnio, carico di ossigeno, si rimescola, a causa dei moti convettivi, con l’ipolimnio, carico di nutrienti che erano depositati sul fondo. Questi finendo in superficie rendono l’acqua carica di sostanze organiche e si ha la fioritura delle alghe. In inverno non c’è la stratificazione. In primavera ricomincia il turn over. L’acqua superficiale a 4°C (massima densità) sprofonda carica di ossigeno e i nutrienti risalgono e si riottiene la fioritura.

Vi sono vari tipi di laghi:

Lago oligotrofo: poco nutrimento e poco plancton. Fondo roccioso. Sono sfruttati per risorsa idrica e per praticare il nuoto.

Lago eutrofo: ben nutrito in pianura, ricca zona costiera, molti pesci e piante. Fondo fangoso e argilloso, ampia zona litoranea ricca di piante. Sfruttati per la pesca.

Lago mesotrofo: hanno caratteristiche intermedie tra i due precedenti.

Paludi e d acquitrini

Sono habitat ideali per gli uccelli perché molto produttivi. Sono ricoperti da acqua dolce poco profonda, sono molto utili perché filtrano la sostanza inquinante, diminuiscono l’erosione, e inoltre sono utilizzati per regolare il flusso fluviale quando piove molto: casse di espansione[12]. A volte però vengono usati come discarica, rischiando così di inquinare le falde acquifere sottostanti. Fin dall’antichità queste zone umide sono state distrutte e bonificate per potervi abitare, ma ancora oggi che se ne conosce la loro importanza ambientale (importanti per tutti i cicli biogeochimici e per il riciclo di sostanza organica) la distruzione procede .

Ecosistemi marini

Il 70% della superficie terrestre è ricoperta dal mare. Le zone caratteristiche sono sintetizzate nella figura. La più importante è senz’altro la zona intertidale che rappresenta la zona di differenza tra alta e bassa marea (da 30 cm a 50 m), si ha la presenza in acqua di NaCl con una salinità del 35‰. L’oceano ha un forte potere tamponante ed entra nel ciclo del carbonio (vedi pag. ). Nel mare esistono delle circolazioni di acqua calda o fredda (corrente del Golfo) che possono influenzare il clima in alcune zone.

La zona oceanica è scarsamente produttiva e popolata[14]. Mentre la zona costiera rappresenta il 10% del totale, la piattaforma continentale contiene il 90% di tutte le specie viventi , si ha quindi una altissima PP Netta. Qui si sviluppano gli ecosistemi più produttivi:

Barriere coralline: sono formazioni organogene dei mari caldi, composte da scheletri di celenterati (coralli) che originariamente sono bianchi (fatti di CaCO₃), ma i coralli[16] vivono in simbiosi con alghe epifite di colore rosso. Le barriere coralline sono ricchissimi di vita, proteggono la costa dai venti e dalle onde. Sono specie minacciate perché sono aumentati i sedimenti in sospensione che soffocano i polipi dei coralli, inoltre, la luce non arriva più con la stessa intensità e le larve fanno fatica a formarsi, quindi la barriera diventa bianca. Essi sono anche minacciati dal riscaldamento globale, dal petrolio, dai detergenti (usati per pulire le petroliere) e naturalmente perché usati per collane e acquari. Ricordiamo anche gli esperimenti atomici .

Estuari

Paludi costiere: depurano e filtrano l’acqua. In Italia laguna di Venezia, valli di Comacchio. Nelle zone tropicali ci sono paludi di mangrovie. Subiscono le stesse distruzioni delle zone umide (acquitrini).

Spiagge: le dune naturali accumulate dal vento sono di primaria importanza per questo ecosistema, sopra vi si insediano prima graminacee, poi cespugli, poi ancora più lontani dal mare troviamo ecosistemi paludosi salmastri oppure foreste. Per proteggere la costa dall’erosione del mare bisognerebbe lasciare le dune[18].

Isola barriera: (come Venezia Lido) non bisognerebbe urbanizzarle perché non sono protette dalle intemperie.

Inquinamento delle acque dolci e marine

Tipi comuni di inquinanti sono:

Agenti patogeni: virus, batteri, parassiti vari (protozoi, amebe, vermi) immessi nelle fogne o dagli allevamenti. Un indicatore della qualità dell’acqua è il numero di colonie di batteri coliformi fecali presenti in un campione di acqua di 100 ml. Essi vivono nell’intestino. Per rilevarli si fanno delle colture di gelatina con dentro l’acqua filtrata da analizzare, se dopo qualche giorno compaiono dei puntini gli agenti patogeni sono presenti. Il loro numero non deve superare le 100 unità per l’acqua potabile e le 200 per la balneazione. Nell’acqua minerale non dovrebbero esserci colonie.

Rifiuti con richiesta di ossigeno che vengono decomposti dai batteri aerobici. Quando questi prolificano possono consumare tutto l’ossigeno disciolto nell’acqua. La quantità di ossigeno richiesta per la decomposizione in un certo volume d’acqua si chiama domanda biologica di ossigeno (BOD).

Composti solubili: i composti tossici[19] (Hg e Pb) possono rendere l’acqua non potabile o addirittura corrosiva. Nitrati e fosfati causano una eccessiva crescita algale e di altre piante acquatiche (eutrofizzazione: respirando la notte consumano ossigeno e morendo si decompongono, facendo aumentare il BOD). I nitrati riducono la capacità di ossigenazione del sangue (per i bambini).

Composti chimici organici: petrolio, benzina, plastica, insetticidi, erbicidi, solventi e detersivi. Anche se si disperdono nell’ambiente, gli organismi li concentrano nei loro tessuti, e questa concentrazione aumenta esponenzialmente a ogni passaggio delle catene alimentari (vedi esempio del DDT a pag. 23).

Particelle sospese di detrito che riducono la fotosintesi e possono caricarsi di batteri e sostanze organiche nocive.

Sostanze radioattive: vengono scaricate nelle acque superficiali e possono produrre danni genetici ai nascituri e tumori.

Calore: un riscaldamento dei corpi d’acqua (a valle di una centrale idroelettrica) può andare oltre i limiti di tolleranza di varie specie, anche perché fa diminuire l’OD (aumenta il BOD). Il calore può provocare stress anche se avviene lentamente.

Fonti puntiformi e diffuse

Le principali fonti di inquinamento sono gli scarichi domestici e industriali, campi coltivati, miniere e discariche. Alcune sono puntiformi e relativamente facili da identificare, come le industrie, mentre altre sono diffuse su vaste aree, soprattutto agricole.

I fiumi smaltiscono più velocemente gli inquinanti grazie al loro potere autodepurante: azione congiunta della diluizione, dei batteri detritivori e dei funghi, che naturalmente consumano ossigeno. Perciò non bisogna sovraccaricare di inquinanti, ciò significa che gli inquinanti devono percorrere, a valle di una fonte e prima che vi sia una nuova immissione, un tratto sufficiente a depurare l’acqua e a recuperare l’OD. Le concentrazioni urbane sono grosse fonti di inquinamento, il problema è più drammatico nei paesi poveri, che hanno meno mezzi per depurare i liquami[20].

Nei corsi d’acqua chiusi o semichiusi la diluizione degli inquinanti è meno efficace che nei fiumi: la contaminazione è massima sul fondo e il ripulimento può impiegare da 1 a 100 anni. Uno dei rischi maggiori è l’eutrofizzazione, questa si può combattere solo con metodi preventivi.

Mari e oceani sono la grande discarica finale per molti rifiuti. Hanno una capacità di diluizione molto grande, ma non infinita, vengono colpite soprattutto le aree costiere esposte a inquinanti ancora molto concentrati. In mare vi sono scarichi di ogni tipo: detriti dei porti, fanghi dei trattamenti dei liquami (nitrati e metalli), ceneri dei rifiuti bruciati dalle navi (la plastica fa strage di animali marini[21]), scarico di sostanze radioattive (fino al 1985 lo scarico era libero , ma in Russia anche oggi ci sono stati casi di scarico abusivo), scarichi di petrolio (oltre ai disastri causati da incidenti navali, le petroliere lavano i loro serbatoi in alto mare e, inoltre, i pozzi marini hanno sempre delle perdite durante l’estrazione ).

Scarsa è anche la protezione contro l’inquinamento delle acque sotterranee, la decomposizione dei batteri è scarsa, poiché l’ossigeno consumato non viene sostituito, inoltre le temperature e le turbolenze sono basse e questo rallenta le reazioni, allora la depurazione di acqua sotterranea può impiegare anche migliaia di anni. Le fonti principali sono: perdita da vasche e discariche che non hanno fondo impermeabilizzato oppure si scaricano sostanze direttamente sotto alla falda tramite dei pozzi.

Non bisogna dimenticare che l’inquinamento delle falde freatiche è dovuto soprattutto alla percolazione dei fertilizzanti, insetticidi ed erbicidi. Questi sono utili per un rapido aumento del raccolto, però poi ci si deve attendere un tracollo perché i pesticidi uccidono anche gli animali benefici e vengono a prevalere specie resistenti al trattamento che possono poi diventare infestanti[24].

Fondamentalmente il problema rimane il fatto di una educazione all’ecologia e, inoltre, si potrebbero introdurre multe più salate per i trasgressori.

Depurazione dell’acqua

I liquami sono trattati solo nei paesi industrializzati, la depurazione non rimuove gli isotopi radioattivi e pesticidi. Sono solo 54 i paesi che hanno uno standard di depurazione accettabili.

Si hanno due linee di processo: trattamento primario (linea d’acqua), riduce gli inquinanti nell’acqua, e secondario (linea dei fanghi), riduzione del volume dei fanghi.

I fanghi attivi sono il processo più applicato ed efficiente: consente la rimozione di BOD, solidi sospesi, azoto e fosforo mediante la fermentazione batterica aerobi attuata in apposite vasche aerate dove vengono in contatto il liquame e i fanghi batterici.

Esiste anche un trattamento avanzato che fa passare il liquame secondario attraverso una serie di processi chimico fisici per eliminare le sostanze tossiche, nitrati, insetticidi, ecc . (flocculazione, carboni attivi, desalinizzazione, rimozione nitrati e DDT, ecc . ).

La clorazione è il metodo più semplice per potabilizzare l’acqua, però c’è il rischio di composti clorurati tossici presenti nell’acqua, per eliminarli bisogna farli passare sotto gli UV oppure ozono, ma il costo è molto elevato.

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