idrosfera

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Il regno delle acque

L'idrosfera è l'insieme di tutte le acque presenti sulla Terra. La maggior parte è rappresentata da mari e oceani, ma anche le acque dolci sono d'importanza fondamentale. Attraverso gli scambi di materia le acque dell'idrosfera sono coinvolte nel ciclo idrologico: dal mare l'acqua evapora nell'atmosfera, poi ritorna sulla Terra e scorre in diversi modi di nuovo verso il mare. Le diverse fasi del ciclo dell'acqua variano con le zone climatiche; il loro rapporto costituisce il bilancio idrologico, che fornisce indicazioni sulle risorse idriche di una regione. Osservando una delle tante immagini del Pianeta prese dallo spazio si comprende immediatamente perché la Terra, unica nel Sistema solare, sia denominata il pianeta azzurro

Un sistema multiforme

Un sistema in equilibrio. L'insieme delle acque allo stato liquido e allo stato solido presenti sulla superficie terrestre costituisce l'idrosfera. Questo è il luogo in cui si preserva il bene primario che consente la vita sul Pianeta, l'acqua appunto, e in cui si definiscono le caratteristiche (qualità e quantità) delle risorse idriche. L'idrosfera è anche un sistema dinamico, in cui avvengono scambi di materia con gli altri componenti del Pianeta; è così che si realizza l'equilibrio complessivo dell'insieme Terra (litosfera, atmosfera, biosfera). Il ciclo dell'acqua è forse il fenomeno che meglio rappresenta questa realtà.

Una parte rilevante dell'idrosfera ‒ circa il 97% delle acque totali ‒ corrisponde alla massa dei mari e degli oceani (idrosfera marina) che occupa un volume di 1.320 milioni di km³. L'importanza dell'ambiente marino e oceanico è tale che diverse discipline si occupano di studiarne i molteplici aspetti.

L'idrosfera continentale. La parte rimanente delle acque presenti sulla superficie terrestre ‒ quindi circa il 3% del totale ‒ costituisce l'idrosfera continentale. Fiumi e torrenti, laghi, acque e falde acquifere sotterranee, distese nevose e ghiacciai raccolgono le riserve di acque dolci, cioè quelle a ridotto contenuto salino, che sono utilizzate per i diversi usi domestici, sanitari, agricoli e industriali. Le acque intrappolate nei ghiacci polari e nei ghiacciai (29.200.000 km³) rappresentano la maggior parte delle acque dolci; seguono le acque sotterranee (8.454.000 km³), quelle dei laghi d'acqua dolce (125.000 km³) e dei fiumi (1.250 km³). Alla idrosfera continentale appartengono inoltre le acque dei laghi salati, come il Mar Caspio e il Mar Morto, che a causa dell'elevata salinità costituiscono un'eccezione per i bacini interni.

L'idrosfera continentale è di notevole importanza per la varietà degli ambienti tipici che offre e per il loro significato geografico e climatico; ha un ruolo fondamentale nel mantenere in equilibrio preziosi ecosistemi e ‒ ovviamente ‒ mette a disposizione risorse idriche preziose per l'uomo. Pertanto, anche le acque continentali sono oggetto di studio di più discipline scientifiche, ognuna con un campo d'azione specifico. L'idrologia ha come obiettivo i movimenti delle acque superficiali; la limnologia si interessa in particolare alle caratteristiche dei laghi e delle paludi; l'idrogeologia si occupa della circolazione delle acque sotterranee; la glaciologia studia invece ghiacciai e masse nevose.

Il ciclo idrologico

Un movimento grandioso. Anche se complesso, quello dell'idrosfera rimane ovviamente un sistema unitario, come testimoniano i processi che permettono all'acqua di trasferirsi dagli oceani all'atmosfera, e poi sulle terre emerse per tornare infine di nuovo al mare. È questo il ciclo dell'acqua, detto anche ciclo idrologico.

Il motore che lo avvia è l'energia solare, che riscalda l'acqua superficiale degli oceani, causandone l'evaporazione. Gran parte della superficie terrestre è occupata dalle masse oceaniche e questo fenomeno è particolarmente intenso nelle regioni calde tropicali; esso produce ingenti quantità di vapore (circa mezzo milione di chilometri cubici l'anno), che si raccolgono nell'atmosfera e sono trasportate dai venti. L'atmosfera non può contenere quantità illimitate di vapore, e per giunta la quantità di vapore massima diminuisce con la temperatura. Così, quando queste masse saturano l'atmosfera, il vapore si condensa, si formano le nuvole e si verificano le precipitazioni liquide o solide che ridistribuiscono le acque. Circa 108.000 km³ l'anno di acqua dolce raggiungono di conseguenza le terre emerse, mentre ben 409.000 km³ precipitano direttamente in mare. Giunte sulla superficie emersa, le acque tendono a chiudere il loro ciclo ritornando infine negli oceani e nei mari. Il deflusso avviene secondo due percorsi radicalmente diversi, sia per le modalità di scorrimento sia per i tempi di attuazione.

Le diverse strade per ritornare nel mare. Circa un terzo delle acque che raggiungono la superficie terrestre è rapidamente convogliata nel reticolo idrografico dei torrenti e dei fiumi, e attraverso un deflusso superficiale raggiunge la destinazione ‒ il mare ‒ in periodi di pochi giorni. All'incirca un altro terzo penetra invece nel terreno e si infiltra in profondità nelle rocce andando ad alimentare le falde idriche. Qui segue un deflusso profondo, molto più lento di quello superficiale, che si conclude quando l'acqua riaffiora attraverso le sorgenti.

La circolazione sotterranea. La lenta circolazione sotterranea ‒ che può impiegare per compiersi anche intervalli di tempo di alcuni anni ‒ evidenzia la stretta relazione tra idrosfera e litosfera; il deflusso profondo dipende principalmente dalle caratteristiche delle rocce attraversate (porosità, stato di fratturazione, permeabilità, geometria rispetto alla superficie orizzontale e al rilievo), tanto che falda idrica e corpo roccioso sono considerati dalla idrogeologia un elemento funzionale unico (risorse idriche).

Non tutte le acque precipitate in superficie sulle terre emerse seguono però in prima battuta la strada del deflusso verso il mare. L'ultimo terzo del volume totale, infatti, in parte evapora tornando immediatamente nell'atmosfera, e in parte è utilizzato nella traspirazione delle piante (fenomeno per cui l'acqua, dopo essere stata assorbita dalle radici, è rilasciata di nuovo nell'atmosfera dalle foglie).

Il bilancio idrologico

Oltre a compiersi con tempi differenti, le fasi del ciclo idrologico si realizzano anche con intensità che variano secondo le fasce climatiche (clima). Pertanto il bilancio idrologico ‒ cioè il rapporto tra precipitazioni, deflusso superficiale, infiltrazione ed evaporazione-traspirazione ‒ si mantiene in equilibrio nel valore medio annuale globale, ma può presentarsi fortemente squilibrato in aree limitate della superficie terrestre.

Nelle zone a clima desertico arido, per esempio, prevale ampiamente la fase dell'evaporazione e quindi scarseggiano le acque superficiali. Un altro effetto esemplare del condizionamento climatico sul bilancio idrologico regionale è la distribuzione geografica del limite delle nevi persistenti. Questo limite indica che, superata una certa quota, la quantità di neve che si scioglie nella stagione estiva è inferiore a quella formata in inverno, e l'acqua tende conseguentemente a rimanere intrappolata in forma solida. Ebbene, il limite delle nevi persistenti si trova alla quota del livello del mare nella regione antartica, a circa 300 m in Groenlandia, tra 2.400 e 3.200 m sulle Alpi e a quote superiori ai 4.000 m nelle zone equatoriali (sul Kilimangiaro, per esempio). Lo studio del bilancio idrologico è particolarmente utile se applicato ad aree ancora più ristrette, per valutare le risorse idriche locali. In genere, per questo tipo di analisi si prende in considerazione il bacino idrografico (o imbrifero), ossia la parte di territorio in cui scorrono un fiume e tutte le acque che lo alimentano.

Il ciclo idrologico secondo Aristotele

"L'umido viene portato verso l'alto, sotto forma di vapore, dai raggi del Sole […]. Ma quando il calore che porta in alto l'umido scompare […] allora l'umido, raffreddandosi e perché viene a mancare il calore e per il luogo stesso, si condensa di nuovo, e dall'aria si genera acqua che ricade così sulla Terra".

Queste sono le parole che Aristotele sceglie per descrivere nei Meteorologica l'evaporazione delle acque e la condensazione atmosferica. Egli aveva già compreso la dinamica dell'acqua, coinvolta in un ciclo naturale perenne che si svolge attraverso diverse fasi, e in questa prospettiva affronta nella sua opera anche i fenomeni dell'origine dei fiumi, della filtrazione delle acque nel terreno e del loro ritorno ultimo nei bacini oceanici.