L’acqua è un bene prezioso, l’oro blu del nostro pianeta: dove c’è lei, c’è vita. In questa rubrica puoi imparare a conoscerla meglio e a capirne il suo grande valore. Uno spunto interessante per ragazzi e adulti, per le tue ricerche, temi di studio o semplice curiosità.
I soli oceani coprono più del 70% della superficie terrestre e contengono l'incredibile quantità di 1.350.000.000 chilometri cubi d'acqua. Altri 770.000.000 di chilometri cubi d'acqua d'idratazione e 28.000.000 di chilometri cubi sono contenuti nelle calotte polari e nei ghiacciai. Attorno alla Terra, l'acqua è presente in una regione dello spazio, detta "idrosfera" che si estende nell'atmosfera sino ad una quindicina di chilometri d'altezza e nella litosfera sino alla profondità media di un chilometro.
L'acqua è anche il costituente principale di tutti gli organismi viventi. Senz'acqua non ci sarebbe vita, poiché la vita dipende dall'acqua. Ogni organismo vivente è costituito, infatti, in massima parte d'acqua. Il corpo umano ne contiene circa per il 65% del suo peso e un uomo morrebbe in breve tempo non appena perdesse il 12% dell'acqua presente nel proprio corpo. Un pollo contiene acqua per il 74% del proprio peso, un pomodoro per il 95%. Quasi ogni organismo è condizionato completamente dall'acqua per più del 50% del proprio peso corporeo. La vita stessa potrebbe aver avuto origine nell'acqua e precisamente nell'acqua salata del mare. L'acqua ha cominciato a plasmare la forma della Terra dal momento stesso della sua comparsa. La pioggia martella il terreno ed erode il suolo, le onde del mare si riversano sulle coste, cesellando gli scogli e trasportando via la terra.
L'importanza dell'acqua non è limitata alle funzioni vitali di sostentamento degli organismi e alla determinazione della morfologia terreste. L'acqua è un fattore chiave nel condizionamento climatico della Terra, per l'esistenza dell'uomo, e per lo sviluppo della civiltà. Oggi si considera spesso l'acqua alla stregua di un bene di consumo che possiede un suo valore economico ed è oggetto di dispute legali, sociali e politiche. Con l'espansione della popolazione del globo e col miglioramento delle condizioni di vita, la domanda di acqua va rapidamente aumentando e la sua disponibilità sta diventando sempre più problematica. L'uomo, in definitiva, dovrà fare sempre miglior uso dell'acqua a sua disposizione.
Enciclopedia del Novecento - Ven Te Chow - Edito dall'Istituto dell'Enciclopedia Italiana - Treccani
E' stato detto che si potrebbe scrivere la storia dello sviluppo dell'uomo attraverso il suo rapporto epico con l'acqua. Grandi civiltà del passato sono fiorite lungo i corsi dei fiumi, lungo il Nilo in Egitto (3000a.C.), il Fiume Giallo in Cina (3000 a.C.), il Tigri-Eufrate in Mesopotamia (2400 a.C.) e l'Indo nell'India settentrionale (2500 a.C.).
Le civiltà sono cadute quando sono venute a mancare le risorse d'acqua o queste sono state malamente amministrate. Nelle antiche civiltà la maggior parte delle opere idrauliche erano destinate a soddisfare alcune esigenze più immediate dell'uomo: quelle di dissetarsi e lavarsi.
I qanat (o khanat) dell'Impero persiano e gli acquedotti dell'Impero romano sono famosi esempi di questo tipo d'opere idrauliche. I quanat sono gallerie sotterranee che portano le acque del sottosuolo dai monti alle città. Ci sono oggi circa 22.000 qanat nella Persia, per un totale di oltre 270.000 KM di canali sotterranei. Molti di questi furono costruiti 3.000 anni or sono. Essi forniscono ogni secondo una quantità di 555 metri cubi d'acqua, con i quali si provvede non solamente ai consumi domestici, ma anche all'irrigazione. Gli acquedotti della Roma imperiale fornivano un totale di circa un milione di metri cubi d'acqua giornalieri, 350.000 dei quali venivano utilizzati nella città stessa.
Nelle civiltà moderne, il tenore di vita può essere approssimativamente determinato sulla base del consumo individuale d'acqua. Il fabbisogno minimo per svolgere in modo opportuno tutte le funzioni vitali è di circa 80 litri d'acqua giornalieri a testa. Nei centri abitati, comunque, il consumo può raggiungere, oggi i 400 litri d'acqua giornaliera pro capite e nelle zone metropolitane anche i 1.500 e più litri al giorno. Nel rifornimento cittadino assume dunque particolare importanza la qualità dell'acqua. Vari trattamenti sono in uso, quali la sedimentazione, la chiarificazione e l'infiltrazione, per liberare l'acqua da materiali estranei. Si suole poi aggiungere il cloro per impedire la crescita delle alghe ed uccidere germi. Per ridurre il grado di durezza che è causa, fra l'altro, di sprechi di sapone e d'altri detersivi, si usano spesso agenti di addolcimento del tipo della zeolite.
Il bisogno d'acqua per l'irrigazione fu avvertito sin dai primi stadi della civilizzazione, in concomitanza con le necessità agricole della produzione alimentare.
Un sistema organizzato d'irrigazione dei campi si era già sviluppato nelle pianure dell'Anatolia nel 4000 a. C. e nella valle del Nilo nel 3400 a.C. Le canalizzazioni di Tukiangyien, costruite in Cina 2200 anni fa, irrigavano più di 200.000 ettari di terreno fertile. Come sistemi d'irrigazione moderni su vasta scala basti ricordare il sistema del bacino dell'Indo nel Pakistan occidentale e in India che porta acqua a più di nove milioni di ettari di terra e il sistema dell'Imperial Valley negli Stati Uniti, che irriga più di 200.000 ettari. L'energia idrica contribuisce in maniera tanto più rilevante al progresso della civiltà moderna, quanto più intenso si fa il consumo di energia elettrica nelle città, nelle campagne e nelle industrie. I primi impianti idroelettrici furono costruiti in quelle regioni nelle quali più favorevoli erano le condizioni per la loro costruzione ed utilizzazione a basso costo. Attualmente è più economico produrre energia elettrica mediante un impianto a vapore piuttosto che costruirne uno idroelettrico, fatta eccezione ovviamente per quei casi in cui vi sia abbondanza di energia idrica e in pari tempo scarseggi o sia troppo costoso il combustibile per la produzione del vapore.
In molti fra i paesi più progrediti, si possono distinguere sei problemi connessi con l'acqua: il rifornimento, la variabilità, la distribuzione, gli allagamenti, la qualità (composizione chimica e sedimentazione) e l'inquinamento.
Il rifornimento diviene un problema ogniqualvolta la richiesta superi la disponibilità delle risorse. Gli schemi idrologici evidenziano che la sorgente originale dell'acqua sulla Terra è costituita essenzialmente dalle precipitazioni. Dal momento che queste sono diversamente distribuite a seconda della località geografica, è ovvio che anche la disponibilità ne viene conseguentemente a dipendere. Dunque la domanda d'acqua in una regione può essere non soddisfatta dalla disponibilità e la distribuzione diventare perciò un problema, anche se in altre parti della regione o in regioni vicine vi può essere sovrabbondanza di acqua. Una tale situazione si determina quando disponibilità e domanda non coincidono geograficamente. In certi luoghi, inoltre, anche se la disponibilità media dell'acqua è sufficiente per far fronte alla domanda media, pur tuttavia sorge il problema della variabilità se la richiesta, in certi momenti, supera la disponibilità. Per esempio le alluvioni sono conseguenza di un'eccessiva quantità d'acqua nel luogo non opportuno in un momento inopportuno e costituiscono pertanto un problema connesso con quello della distribuzione e della variabilità in molte regioni di molti paesi.
Fra tutti i problemi idrici che la società moderna si trova a dover affrontare, quelli connessi con la qualità delle acque si sono dimostrati i più complessi. Innanzi tutto è difficile distinguere un'acqua naturalmente non buona, per sostanze chimiche naturali e per depositi, da un'acqua resa cattiva dall'inquinamento prodotto dall'uomo.
In seguito alla rapidissima crescita della popolazione avvenuta in molte parti della Terra negli ultimi decenni, l'eliminazione dei rifiuti è diventata un problema. Inoltre, gli sviluppi delle nuove tecnologie hanno prodotto nell'ambiente dell'uomo e nell'ecologia nuovi tipi di rifiuti industriali e d'altra origine, per esempio prodotti chimici organici di sintesi, i detersivi e i materiali radioattivi.
Nei tempi passati, l'acqua ha avuto un'importanza primaria nella formazione delle civiltà, mentre la civiltà di oggi crea nuovi problemi per l'acqua.
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L'acqua, la specie chimica più abbondante sulla superficie terrestre, ha da sempre suscitato un doppio sentimento nell'umanità: grande attrazione, dettata dalla necessità di soddisfare la sete e dal piacere di rinfrescarsi dalla calura estiva o di ritemprarsi con le acque termali, ma anche paura per le grandi distese marine in tempesta e per l'imprevedibilità delle alluvioni provocate dai grandi fiumi. Questa paura ancestrale ha fatto sì che il processo di ominazione si sia svolto prevalentemente lontano dalle coste oceaniche. E tuttavia, i clan primitivi, che si procuravano il cibo limitandosi a consumare le risorse naturali, si spostavano cacciando e raccogliendo radici e bacche commestibili, tenendo ben presente la necessità di disporre di sorgenti di acqua potabile facilmente raggiungibili.
La svolta che ha segnato la fine della preistoria è stato il passaggio dal sistema della caccia e raccolta, o di dipendenza dal mondo naturale, all'economia produttiva.
La pratica dell'agricoltura, che metteva a disposizione fonti di nutrimento di gran lunga più abbondanti del minimo indispensabile per la sussistenza quotidiana, richiedeva la disponibilità di notevoli quantità di acqua di acqua dolce per irrigare i campi. Una situazione particolarmente favorevole veniva a determinarsi quando la vicinanza di grandi fiumi provocava periodicamente l'inondazione non disastrosa di ampie distese di territorio, rendendole fertili grazie alla disposizione del limo asportato a monte.
Le grandi civiltà fiorite sulle rive del Tigri e dell'Eufrate, del Giordano e del Nilo, dei fiumi indiani e cinesi, si svilupparono anche grazie all'abilità di interpretare la periodicità di questi fenomeni e alla capacità quindi di coordinare l'organizzazione della vita comunitaria e del lavoro dei campi con il susseguirsi delle stagioni. Un'altra fondamentale tappa nel processo storico è stata poi la nascita della città.
Il mondo urbano presupponeva un'organizzazione della società tale da poter progettare razionalmente sistemi di pozzi e cisterne interni alle città-fortezza (come quello di Gerico e di Ebla) o addirittura reti di acquedotti che portassero l'acqua dalle sorgenti montane alle grandi città come nel mondo ellenistico e romano, ove i sistemi di cattura, convogliamento e conservazione delle acque erano estremamente funzionali e gli acquedotto veri capolavori di idraulica.
Lo sviluppo della civilizzazione e l'aumento benessere nelle società storiche non solo hanno comportato la disponibilità di acqua per gli impieghi più immediati, primari, ma ha favorito l'instaurarsi di abitudini, di topo igienico-sanitario ed estetico, quali l'uso a scopo termale delle acque delle sorgenti, con la costruzione di vasti impianti in cui l'acqua era riscaldata artificialmente. La presenza di grandi vasche d'acqua nei giardini pensili di Babilonia o nelle corti dei palazzi arabi (Siviglia, Cordoba, i tanti siti del Medio Oriente) e le fontane nelle piazze delle città d'Europa sono conquiste di società opulente, capaci di produrre beni di cui l'intera cittadinanza poteva fruire.
La civiltà uscita dal Medioevo europeo è andata alla conquista geografica, commerciale, economica e politica del mondo attraverso le vie oceaniche e, non a caso, navi o cannoni hanno costituito fino alla Seconda guerra mondiale il nucleo della potenza delle nazioni con ambizioni di egemonia globale.
La crescita della popolazione mondiale, dell'industrializzazione, della produzione complessiva e dei bisogni (anche se enormemente differenziati) dei popoli ha comportato però in questo ultimo secolo un aumento incontrollato dell'inquinamento industriale e agricolo, che si è ripercorso pesantemente sulla risorsa acqua. Proprio l'integrazione mondiale di società differenti per cultura e struttura politico-economica, richiede che si definiscano oggi i profili di una gestione oculata di questa risorsa. Tale politica dovrebbe basarsi sulla salvaguardia sia delle acque dolci, in particolare quelle potabili, sia di quelle marine, con le loro sterminate riserve alimentari minacciate dall'inquinamento dovuto all'antropizzazione delle coste, agli scarichi delle petroliere e ai disastri ecologici (naufragi, eventi bellici, rifiuti tossici o radioattivi).
Le acque dolci sono indispensabili sia per gli usi agricoli sia per quelli civili e industriali. Il differente sfruttamento delle acque dolci può portare a politiche contraddittorie. L'invenzione della dinamo ha consentito la disponibilità di grandi quantità di energia per mezzo delle centrali idroelettriche che sfruttano l'energia potenziale delle cascate naturali trasformandola in energia meccanica e quindi elettrica. Dall'efficienza minima dei tradizionali mulini ad acqua si è arrivati a poter disporre di energia ottenibile con grande efficienza e scarsissimo inquinamento, e di corrente elettrica alternata facilmente trasferibile a grandi distanze.
Il numero limitato di cascate naturali ha portato però alla costruzione di grandi invasi sbarrati da dighe altissime per creare salti artificiali, e ciò ha provocato spesso disastri ecologici, con gravi perdite anche in termini di vite umane. In altri casi, le modificazioni apportate al regime dei grandi fiumi hanno causato l'alterazione dei microclimi locali, con conseguente siccità, diminuita produttività delle colture tradizionali, sconvolgimento nelle abitudini alimentari e nelle forme di sostentamento di intere popolazioni, mentre l'uso intensivo delle acque interne per l'irrigazione di bacini aridi, molto più estesi di quelli naturali, sta portando alla scomparsa di alcuni grandi laghi, come l'Aral e in parte il Ciad.
Universo del Corpo - 1° Volume - Edito dall'Istituto dell'Enciclopedia Italiana - Treccani
Nei tempi antichi, come ai nostri giorni, l'uomo ha sempre dovuto affrontare il problema di pianificare e controllare l'uso delle riserve idriche. L'impegno d'oggi è però ancor più grande di quello di una volta per via della rapida crescita della popolazione, della proliferazione industriale, dell'inurbamento e della produzione dei rifiuti.
Per di più le riserve idriche sono state male amministrate. Le riserve sotterranee sono state spesso sfruttate indiscriminatamente: alcune sono state depauperate temporaneamente, altre hanno subito danni permanenti. Un accumulo incontrollato dei rifiuti delle acque acquitrinose inquina molte sorgenti acquifere e le rende inutilizzabili per molti scopi.
Lo sviluppo attuale delle risorse idriche, assai complesso tecnologicamente deve tener conto delle necessità e dei problemi della regione in cui si attua. Questa necessità e questi problemi si pongono a livello internazionale e richiedono per la loro soluzione, la cooperazione e il coordinamento di interessi pubblici e privati a livelli diversi.
Oltre al conseguimento dell'efficienza economica, vanno tenuti di mira altri obiettivi, quali il miglioramento dell'ambiente e del benessere pubblico e il rafforzamento dello sviluppo regionale. Gran parte di questi obiettivi non è facilmente valutabile, dal momento che sfugge ad ogni criterio di quantificazione né si può esprimere in unità monetarie, come viceversa si richiede quando si vogliano fare, in economia, delle valutazioni matematiche. Per risolvere questi problemi, negli ultimi decenni, ci si è serviti delle tecniche della ricerca operazionale e dell'analisi dei sistemi.
I moderni progetti riguardanti le riserve idriche possono presentarsi così complessi e complicati che anche i loro aspetti più concreti non sono facili da valutare con l'analisi economica convenzionale. I progressi compiuti con i calcolatori hanno permesso di svolgere delle operazioni di computo con le quali si risolvono formulazioni matematiche, non altrimenti risolubili, relative a sistemi di riserve idriche di grande complessità.
Tuttavia, l'impiego dell'analisi dei sistemi per lo sviluppo e l'amministrazione delle riserve idriche è ancora in fase di studio, perché le relative tecniche debbono essere ancor migliorate per avere pratica applicazione.
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Sin dalla prima antichità, e fin verso il 1400 d.C., il concetto di ciclo idrologico è stato argomento di speculazione da parte di molti pensatori fra cui Omero (1000 a.C. circa), Talete, Platone ed Aristole in Grecia; Lucrezio, Seneca e Plinio a Roma.
Mentre la maggior parte dei concetti filosofici formulati in proposito è da considerare erronea dal punto di vista scientifico, Anassagora di Clazomene (500-428 a.C.) ideò una prima ipotesi sul ciclo idrologico complessivo; secondo tale ipotesi il Sole innalzerebbe l'acqua del mare nell'atmosfera, donde ricadrebbe come pioggia: l'acqua piovana si raccoglierebbe poi in depositi sotterranei, i quali alimenterebbero il flusso dei fiumi.
Un concetto più preciso lo formulò Teofrasto (371/370-288/287 a.C.) il quale descrisse con esattezza almeno la fase del ciclo idrologico relativo all'atmosfera, fornendo una corretta spiegazione della formazione delle precipitazioni, che si devono alla condensazione ed al congelamento. Dopo un attento studio del lavoro di Teofrasto, Marco Vitruvio, trattatista romano vissuto all'incirca negli anni della vita di Cristo, completò l'interpretazione di Teofrasto ed affermò che le acque del sottosuolo derivano, per la maggior parte, dalle piogge e dalle nevi che si sono infiltrate nel terreno. Già da allora, quindi, si erano formate le basi essenziali della moderna interpretazione del ciclo idrologico.
Nel Rinascimento, si manifestò una leggera tendenza a spostare i concetti dell'idrologia dalla pura speculazione alla scienza sperimentale propria dei tempi moderni. Palissy, notando come i fiumi e le sorgenti si originassero dalle piogge, confutò l'antica credenza che i corsi d'acqua fossero alimentati direttamente dal mare.
Perrault misurò la quantità delle acque di scorrimento e provò che esse non erano che una frazione delle acqua piovane; dal che egli dedusse correttamente che, non essendo le piogge che una tra le tante sorgenti delle acque di scorrimento, le restanti acque di precipitazione dovevano andare perse per traspirazione, per evaporazione o per diversione.
Attualmente, l'avvento dell'era atomica e spaziale ha portato nuove teorie e nuove conoscenze; oggi sono disponibili nuovi metodi e nuovi strumenti di indagine. Il progresso teorico più importante realizzato negli ultimi anni nel campo delle conoscenze idrologiche consiste in un'analisi del ciclo idrologico impostata su una base scientifica più rigorosa: si considera, cioè, il ciclo alla stregua di un sistema dinamico in evoluzione, costituito da un'"entrata", da un'"uscita" e da un mezzo di lavorazione: in questo caso l'acqua che attraversa il sistema.
Poiché il ciclo idrologico interessa un'ampia regione dell'idrosfera e l'intera storia dell'acqua sulla Terra è tracciata nella continuità del ciclo, lo studio di questo coinvolge la fisica, la chimica, la biologia, la matematica ed altre scienze che si ricollegano ai vari processi del ciclo, quali la climatologia, la meteorologia, l'oceanografia, la geologia, la glaciologia, la geomorfologia, l'idraulica.
Molti enti locali e nazionali ed organizzazioni internazionali quali la Food and Agricultural Organization (FAO), la World Meteorogical Organization (WMO) e la World Health Organization (WHO), sono attivamente impegnati in ricerche di idrologia, che hanno come tema centrale il ciclo idrologico.
Il 1° gennaio 1965 l'UNESCO lanciò il programma del Decennio Internazionale di Idrologia o IHD (dall'inglese International Hidrological Decade) cui aderirono più di cento paesi. L'IHD è un vasto programma in cui le nazioni del mondo cooperano al fine di studiare le acque della Terra essendo ormai dimostrato che il progresso delle condizioni di vita dell'uomo potrà dipendere dalla sua capacità di risolvere i problemi connessi con l'acqua. E' stato il primo tentativo concertato che l'uomo compie sia per fare l'inventario delle risorse idriche a sua disposizione, che vanno diminuendo a causa dell'aumento delle condizioni di vita, sia per coordinare su scala mondiale gli studi sui metodi da adottare per fare il migliore uso possibile di queste risorse.
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L'acqua è l'unica sostanza che sia presente in natura, simultaneamente e in quantità notevoli, nei tre distinti stati: gassoso, liquido e solido.
Questa particolarità dell'acqua fu compresa e messa bene in evidenza da Talete da Mileto circa 2500 anni or sono. Per questa ed altre singolari proprietà, che sono elencate nella tab.1, lo studio dell'acqua ha condotto a scoperte scientifiche importanti e ci si è avvalsi dell'acqua per introdurre dei campioni o dei punti di riferimento nei lavori scientifici: ad esempio ci si riferisce al livello medio del mare, al peso specifico di un corpo relativo a quello unitario dell'acqua, alla calibrazione della scala Celsius della temperatura effettuata sulla base di punti di solidificazione o d'ebollizione dell'acqua.
Tab.1. Alcune singolari proprietà fisiche dell'acqua | |
Proprietà | Singolarità |
Quantità | Tre volte maggiore di tutte le altre sostanze messe insieme, in uno spessore di 5 chilometri della crosta terrestre |
Stato | Unica sostanza presente contemporaneamente in tutti e tre gli stati (gassoso, liquido, solido) |
Potere solvente | Il più generale tra tutti i liquidi |
Tensione superficiale | Fra le più alte tra i liquidi |
Peso specifico | Massimo a 4 °C |
Calore specifico | Il più elevato tra tutti i composti |
Calore di fusione | Secondo solo all'ammoniaca, tra tutti i liquidi e tutti i solidi |
Calore di evaporazione | Il più grande tra tutte le sostanze |
Conducibilità termica | Seconda solo al mercurio tra tutti i liquidi |
Costante dielettrica | La più alta tra i liquidi |
Trasparenza | Assai elevata e quasi costante su tutto lo spettro visibile |
La sintesi dell'acqua fu ottenuta per la prima volta da H. Cavendish (1731-1810). Nel 1781 egli dette fuoco ad una miscela di "aria infiammabile" (idrogeno) ed aria comune (contenente ossigeno): ne ottenne un'esplosione e la formazione di goccioline di un liquido che immediatamente identificò come acqua. Sulla base delle leggi di J. Dalton (1766-1844) per gli atomi, J.L. Gay-Lussac (1778-1850) determinò per primo sperimentalmente in modo assai ben approssimato la formula chimica dell'acqua, che A. Avogadro di Quaregna (1776-1856) correttamente propose nel 1811 come H2O. Fu soltanto nel 1904, tuttavia, che H.C. Urey (n. 1893) scoprì un isotopo dell'idrogeno, detto idrogeno pesante (deuterio) D e l'acqua pesante D2O che fu separata per la prima volta dall'acqua normale nel 1932 da G.N. Lewis (1875-1946). Seguì quindi la scoperta di idrogeno ancor più pesante (trizio) T e dell'acqua T2O.
Successivamente numerosi sono stati gli studi dedicati all'interazione delle molecole dell'acqua nei tre stati in cui si presenta. Tuttavia, nonostante i numerosi tentativi ed i continui sforzi compiuti dagli scienziati, la comprensione della struttura e delle proprietà dell'acqua non è ancor oggi completa.
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L'acqua è anche il costituente principale di tutti gli organismi viventi. Senz'acqua non ci sarebbe vita, poiché la vita dipende dall'acqua. Ogni organismo vivente è costituito, infatti, in massima parte d'acqua. Il corpo umano ne contiene circa per il 65% del suo peso e un uomo morrebbe in breve tempo non appena perdesse il 12% dell'acqua presente nel proprio corpo. Un pollo contiene acqua per il 74% del proprio peso, un pomodoro per il 95%. Quasi ogni organismo è condizionato completamente dall'acqua per più del 50% del proprio peso corporeo.
La vita stessa potrebbe aver avuto origine nell'acqua e precisamente nell'acqua salata del mare. L'acqua ha cominciato a plasmare la forma della Terra dal momento stesso della sua comparsa. La pioggia martella il terreno ed erode il suolo, le onde del mare si riversano sulle coste, cesellando gli scogli e trasportando via la terra.
L'importanza dell'acqua non è limitata alle funzioni vitali di sostentamento degli organismi e alla determinazione della morfologia terreste. L'acqua è un fattore chiave nel condizionamento climatico della Terra, per l'esistenza dell'uomo, e per lo sviluppo della civiltà. Oggi si considera spesso l'acqua alla stregua di un bene di consumo che possiede un suo valore economico ed è oggetto di dispute legali, sociali e politiche.
Con l'espansione della popolazione del globo e col miglioramento delle condizioni di vita, la domanda di acqua va rapidamente aumentando e la sua disponibilità sta diventando sempre più problematica. L'uomo, in definitiva, dovrà fare sempre miglior uso dell'acqua a sua disposizione.
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L'acqua presente in natura circola e si trasforma nell'idrosfera seguendo dei percorsi che costituiscono il cosiddetto "ciclo idrologico". Il ciclo idrologico non ha principio né termine. A mano a mano che l'acqua evapora dagli oceani e dalle terre, essa diviene parte dell'atmosfera. Il vapore s'innalza ed è trasportato per l'atmosfera sino a che si condensa e precipita sulla terra o sul mare. L'acqua precipitata può essere intercettata dalle piante o traspirata, può scorrere in superficie o venir giù per declivi fra strati diversi del terreno, oppure può infiltrarsi sottoterra. L'acqua che rimane alla superficie riempie le zone più basse, si raccoglie e poi evapora oppure, dopo essersi raccolta, scorre via in un secondo tempo. Gran parte dell'acqua intercettata e traspirata e di quella che scorre sul terreno ritorna nell'atmosfera in seguito ad evaporazione. L'acqua che si infiltra nel terreno può raggiungere le regioni più profonde ed ivi raccogliersi sotto forma di acqua sotterranea, per uscir quindi fuori come sorgente od incanalarsi in un corso d'acqua entrando a far parte delle acque di scorrimento, ed evaporare infine nell'atmosfera per completare così il ciclo idrologico. In tal modo, nel ciclo idrologico hanno luogo complicati processi di condensazione, precipitazione, evaporazione, intercettamento, traspirazione, infiltrazione, ritenzione, detenzione, dilavamento di superficie, incanalamento, scorrimento.
A mano a mano che la società umana si evolve, ulteriori effetti sul regime delle acque dovuti alle opere ed alle attività dell'uomo si aggiungono prepotentemente alle condizioni ambientali dell'acqua e disturbano conseguentemente l'equilibrio dinamico del ciclo idrologico naturale, dando l'avvio a nuovi processi idrologici e a nuovi fenomeni.
Condensazione
L'acqua in atmosfera è, in gran parte, presente allo stato aereforme, cioè di vapore, mentre allo stato liquido, come nel caso della pioggia o delle piccole gocce d'acqua presenti nelle nuvole, o allo stato solido, come nel caso della neve, della grandine o dei cristalli di ghiaccio nelle nuvole, essa appare solo saltuariamente e in zone circoscritte dello spazio. La quantità totale di vapore acqueo contenuto nell'atmosfera è relativamente piccola. Se si potesse condensare tutta sulla superficie della Terra, essa formerebbe uno strato d'acqua alto in media appena due centimetri e mezzo. Ad ogni istante la quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera costituisce solo la centomillesima parte di tutte le acque che partecipano al ciclo idrologico.
Sebbene il vapore acqueo sia presente in piccola quantità nell'atmosfera, pure esso è di fondamentale importanza perché costituisce la fase ascendente del ciclo idrologico. Il vapore acqueo si forma essenzialmente per evaporazione dell'acqua presente allo stato liquido sulla superficie terrestre. Sale, quindi, per effetto delle correnti ascendenti, a migliaia di metri di altezza e viene trasportato fin sulle vette dei monti più alti e nel cuore dei continenti più estesi. Quando si condensa, esso dà luogo alle precipitazioni, le quali cadono sulla superficie della Terra e rappresentano la maggior parte della fase discendente del ciclo idrologico. Senza il vapore acqueo, il ciclo idrologico non potrebbe completarsi.
Il vapore acqueo adempie un'altra distinta funzione, assai meno evidente: mentre consente alla radiazione solare proveniente dall'alto di raggiungere il suolo, trattiene e assorbe la radiazione riflessa dal suolo, sì da non lasciarla sfuggire nello spazio. Questo fenomeno mantiene la temperatura della superficie terrestre ad un livello assai più elevato di quello che non sarebbe altrimenti. Se il vapore acqueo non regolarizzasse la temperatura terrestre, non vi sarebbe né acqua allo stato liquido, né vita sulla Terra.
Per condensazione, il vapore acqueo dell'atmosfera dà luogo alle precipitazioni. Il processo di condensazione può aver luogo non appena nell'aria vi sia più vapore di quanto questa non ne possa ricevere per evaporazione da una superficie di acqua liquida alla temperatura a cui avviene il processo. Una tale condizione può determinarsi in seguito a raffreddamento o a rimescolamento. Se una massa d'aria calda e satura si mescola ad una massa d'aria fredda anch'essa satura, la pressione del vapore della mescolanza può essere maggiore della tensione del vapore saturo proprio della temperatura d'equilibrio. Tutte le nuvole si formano per l'abbassamento della temperatura al di sotto del "punto di rugiada". Se però l'aria che si raffredda non contiene gocce d'acqua, può anche darsi che non si abbia condensazione, pur essendo la temperatura scesa sino al "punto di rugiada" od anche un poco al di sotto.
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Evaporazione
Nel trasferimento su vasta scala dell'acqua e del vapore acqueo fra oceani e continenti, l'evaporazione costituisce uno dei fattori più importanti del ciclo idrologico.
Per effetto dell'evaporazione, l'acqua passa dallo stato liquido a quello aeriforme, cioè di vapore. Durante il processo ed evaporazione, la temperatura del liquido si abbassa in seguito alla fuoriuscita delle molecole d'acqua per effetto della trasformazione di energia da termica in cinetica.
Perché ciò non avvenga, deve essere disponibile una sorgente esterna di calore, quale può essere la radiazione solare o il calore ceduto dall'atmosfera o dal terreno.
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Infiltrazione
Dopo aver raggiunto il terreno, parte dell'acqua precipitata sarà assorbita dagli strati superficiali. A questa fase del ciclo idrologico si dà il nome di "infiltrazione".
L'acqua infiltrata può scendere giù attraverso il suolo, il sottosuolo, gli strati di roccia e diventare parte, infine, di una o più delle zone umide del sottosuolo.
L'acqua di infiltrazione si aggiunge all'umidità del suolo penetrando in un primo tempo nella zona chiamata propriamente "suolo", la quale costituisce uno stato relativamente sottile di terra vicino alla superficie.
L'umidità in genere può andare via dal suolo attraverso l'evaporazione, la traspirazione od anche per effetto dell'infiltrazione verso la falda freatica.
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Ritenzione e detenzione
L'acqua che si trova sulla superficie del terreno deriva principalmente, per via diretta o indiretta, dalle precipitazioni.
La maggior parte di quella che cade durante la prima fase temporale viene immagazzinata nelle depressioni del terreno, formando un "deposito superficiale", mentre la parte restante s'infiltra nel suolo o scorre per i pendii come acqua di dilavamento finchè, trovato un solco, diviene parte di un corso d'acqua. Al continuare della precipitazione, il deposito superficiale aumenta se la quantità d'acqua che cade nell'unità di tempo è superiore alla capacità d'infiltrazione del terreno.
Una buona parte dell'acqua contenuta nei depositi di superficie evapora, infine, e non subisce né il processo d'infiltrazione né quello di scorrimento superficiale sotto forma di acqua dilavante. Questa quantità d'acqua prende il nome di "deposito di ritenzione" o ritenzione superficiale".
La parte restante del deposito superficiale, che è temporaneamente trattenuta e che diverrà in seguito acqua di infiltrazione o di dilavamento, prende il nome di deposito di detenzione.
Estesi specchi d'acqua sulla superficie terrestre altro non sono che una combinazione di depositi di ritenzione e di detenzione. In generale, le acque di superficie sono costituite dalle acque di deposito superficiale, dalla acque dilavanti (o selvagge) e da quelle incanalate.
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Scorrimento
Nel ciclo idrologico lo scorrimento delle acque superficiali ha una parte importante. "Scorrimento" viene detta quella frazione della precipitazione che compare in ultimo sotto forma di corsi d'acqua superficiali, avente carattere perenne e intermittente. Esso è il flusso che si raccoglie per la maggior parte entro un bacino idrografico, del quale appare come lo scarico o lo sbocco. A seconda della sorgente da cui deriva il flusso, lo scorrimento può essere superficiale e sotterraneo più o meno profondo.
Dopo che l'acqua di precipitazione ha imbevuto il suolo, una parte di essa può infiltrarsi in profondità nella zona di aereazione fino alla falda freatica, diventando così acqua profonda. L'acqua profonda deriva, anche per piccole quantità da alcune sorgenti secondarie d'acqua localizzate nella crosta terrestre. Tra queste sorgenti vi è "l'acqua fossile" che è rimasta racchiusa nelle rocce di sedimentazione sin dal tempo della loro formazione e "l'acqua giovanile", che si è formata per via chimica entro la terra e che è stata portata alla superficie per la prima volta dall'attività vulcanica. A causa della loro origine, le acque fossili e giovanili hanno spesso un contenuto minerale.
L'acqua profonda è in continuo movimento: in confronto, però, con l'acqua di superficie essa si muove più lentamente e in maniera assai più varia. Può scorrere ad una velocità che va da qualche millesimo di centimetro al giorno nei suoli e in alcune rocce permeabili a grana sottile fino a qualche chilometro al giorno nelle formazioni geoliche fessurate. Il movimento delle acque profonde è necessario per il completamento del ciclo idrologico. L'acqua profonda, inoltre, non si presta soltanto ad addivenire altra parte del ciclo idrologico, ma rientrare essa stessa in ciclo. Vicino alla falda freatica, il periodo medio del ciclo delle acque può essere di un anno a anche meno, ma in zone acquifere di profondità, inoltre, si trovano delle acque fossili, di elevata concentrazione salina, con periodi di ciclazione dell'ordine delle ere geologiche, tali da escluderle dal ciclo idrologico attivo.
Enciclopedia del Novecento - Ven Te Chow - Edito dall'Istituto dell'Enciclopedia Italiana - Treccani
Precipitazione e intercettamento
Diversamente dal caso della nebbia, le nuvole si formano in seguito a raffreddamento, provocato dall'innalzamento di aria umida e non per cessione di calore nell'ambiente circostante. A mano a mano che l'aria sale, si trova sottoposta ad una pressione sempre più bassa, si espande e quindi si raffredda. Questo tipo di raffreddamento provoca il fenomeno della precipitazione.
La precipitazione, nel corso del ciclo idrologico, può subire essenzialmente quattro diversi destini. Può evaporare durante la caduta o dopo aver toccato la superficie del suolo. Può essere intercettata dalla vegetazione ed evaporare quindi dalle superfici delle foglie. Può infilarsi nel terreno e costituire parte di quell'acqua propria dell'umidità della terra o fuoriuscire dal terreno, quindi evaporare o diventare parte delle acque di scorrimento. Può anche cadere direttamente su torrenti, fiumi, laghi o altre distese d'acqua e quindi evaporare o diventare parte delle acque di scorrimento superficiale.
Se la precipitazione cade sulla vegetazione, può seguire tre vie diverse. Può gocciolare giù a terra attraverso foglie; può colare giù lungo i ramoscelli, i rami ed il tronco fino a terra o, infine, può essere trattenuta dalle foglie ed evaporare in seguito direttamente dalle superfici esposte di queste. A quest'ultima sequenza si dà il nome di "intercettamento". In questo caso, l'acqua non raggiunge il terreno e così si completa il ciclo idrologico senza passare dalla sua fase originaria in terra.
Nell'organismo umano, l'acqua viene assunta per ingestione diretta o attraverso bevande e cibi solidi in cui essa è contenuta, ed è prodotta all'interno dell'organismo stesso da diverse reazioni metaboliche. Assorbita a livello del tratto superiore dell'intestino tenue, l'acqua viene distribuita per via linfatica e sanguigna ai vari tessuti e cellule del corpo , andando a costituire i diversi fluidi corporei, che possono essere approssimativamente ripartiti in tre categorie: liquido intracellulare per circa il 50% del peso corporeo totale, liquido interstiziale, per il 15%, e plasma sanguigno, per il 5%. Infine, l'acqua lascia l'organismo attraverso quattro vie principali: i reni, la pelle, l'intestino e i polmoni, sotto forma di urina, sudore, lacrime e secrezioni intestinali (in tal modo vengono eliminati con l'acqua anche sali minerali, urea e pigmenti biliari); soltanto attraverso i polmoni l'acqua lascia l'organismo allo stato di vapore, come si può facilmente osservare nelle giornate molto fredde.
Il bilancio medio giornaliero tra l'assunzione e l'eliminazione di acqua nell'uomo è ripartito approssimativamente come mostrato in tab.2. Ovviamente, la quantità di acqua ingerita, così come quella eliminata, varia notevolmente con le condizioni ambientali, l'attività e altri fattori.