Acqua - Tesina

Inodore, incolore, insapore, essenziale.

L’acqua...

Tesina multidisciplinare

Esame di maturità a.s. 2012/2013

Classe V CS

Beltramelli Luca

Indice degli argomenti

Scienze

L’acqua sul pianeta Terra

• Ricerca dell’acqua su pianeti e satelliti non terrestri

Biologia e chimica

Analisi microbiologica e chimica delle acque

Storia

La guerra in Medio Oriente

Italiano

Gabriele D’Annunzio

• “Acqua”
• “La pioggia nel pineto”

Inglese

Virginia Woolf

• “The waves”

Educazione fisica

L’insegnamento del nuoto

Matematica

Acqua, dalla teoria del caos ai frattali

Carta europea dell’acqua

1. Non c’è vita senza acqua. L’acqua è un bene prezioso, indispensabile, a tutte le attività umane.
2. Le disponibilità di acqua dolce non sono inesauribili. È indispensabile preservarle, controllarle e, se possibile, accrescerle.
3. Alterare la qualità dell’acqua significa nuocere alla vita dell’uomo e degli altri esseri viventi che da lui dipendono.
4. La qualità dell’acqua deve essere tale da soddisfare tutte le esigenze delle utilizzazioni previste, ma deve soprattutto soddisfare le esigenze della salute pubblica.
5. Quando l’acqua, dopo essere stata utilizzata, è restituita al suo ambiente naturale, essa non deve compromettere i possibili usi, tanto pubblici che privati, che in questo ambiente potranno essere fatti.
6. La conservazione di una copertura vegetale appropriata, di preferenza forestale, è essenziale per la conservazione delle risorse idriche.
7. Le risorse idriche devono formare oggetto di inventario.
8. La buona gestione dell’acqua deve formare oggetto di un piano stabilito dalle autorità competenti.
9. La salvaguardia dell’acqua implica uno sforzo importante di ricerca scientifica, di formazione di specialisti e di informazione pubblica.
10. L’acqua è un patrimonio comune, il cui valore deve essere riconosciuto da tutti.
11. La gestione delle risorse idriche dovrebbe essere inquadrata nel bacino naturale piuttosto che entro frontiere amministrative e politiche.
12. L’acqua non ha frontiere. Essa ha una risorsa comune, che necessita di una cooperazione internazionale.

(Strasburgo, 6 maggio 1968, Consiglio d’Europa)

L’acqua e il pianeta Terra

“Elemento essenziale per la vita come noi la conosciamo, l’acqua è molto più diffusa nel Sistema Solare di quanto si creda. Il ghiaccio d’acqua costituisce uno dei principali elementi di cui sono costituiti i corpi minori all’estremo confine del nostro sistema planetario, le comete, gli anelli e la maggior parte dei satelliti dei pianeti giganti.”

Sulla Terra l’acqua occupa la maggior parte della superficie, circa il 70%, dove si trova oltre che allo stato liquido, allo stato solido e allo stato aeriforme che a sua volta, condensando in minute goccioline e cristalli di ghiaccio, forma le nubi. Rappresenta inoltre un fondamentale fattore geomorfologico, cioè di modellamento del paesaggio e climatico.

Viene, inoltre, impiegata dall’uomo per lavorazioni industriali e per scopi agricoli.

Ovviamente l’acqua non è solo utile per la regolazione climatica o per diversi fattori ambientali ed economici, ma è essenziale per la sopravvivenza dell’uomo.

Della totalità della risorsa presente sulla Terra il 94% è costituito da acque salate, mari e oceani, mentre solo circa il 2,6% è presente sulle terre emerse, seppur in gran parte intrappolato nei ghiacciai.

L’esistenza di queste acque è legata al fatto che il vapore acqueo presente nell’atmosfera condensa in gocce di pioggia e, talvolta, si trasforma in gocce di neve o grandine.

L’acqua di precipitazione può dare origine a due tipi differenti di deflusso:

• Profondo: penetra nel sottosuolo per infiltrazione, alimentando le falde acquifere.
• Superficiale: si concentra nei fiumi per poi ritornare direttamente negli oceani.

Una minima parte presente nel suolo torna direttamente nell’atmosfera evaporando, mentre un’altra viene assorbita dalle piante e trasportata alle foglie, per essere poi di nuovo liberata tramite la traspirazione, apparato fogliare e fotosintesi clorofilliana.

Viene definito, quindi, ciclo idrologico quell’insieme di processi che, grazie all’alimentazione costante dell’energia solare e ai cambiamenti di stato del liquido, permette all’acqua di evaporare da specchi d’acqua arrivando all’atmosfera, per poi ricadere sulle terre emerse e ritornare nuovamente negli oceani e nei mari…

La maggiore percentuale di acqua di precipitazione penetra nel terreno, ma in parte defluisce superficialmente. La penetrazione dell’acqua nel terreno, cioè l’infiltrazione, dipende da diversi fattori, quali la permeabilità delle rocce legata alla porosità del materiale.

In una roccia particolarmente permeabile, attraversata da acque profonde, si costituisce un acquifero, capace di alimentare sorgenti e pozzi; rocce sotterranee impermeabili, invece, che ostacolano o impediscono il movimento delle acque, gli acquicludi, consentono l’accumularsi dell’acqua nell’acquifero con la successiva formazione della falda idrica.

La falda idrica, se non limitata superiormente da una superficie detta freatica, può formare una falda freatica, capace di giungere anche a contatto con il terreno.

Se l’acquifero, invece, è imprigionato tra due acquicludi, si formerà una falda imprigionata in cui l’acqua, sottoposta a pressione, tenderà a riemergere spontaneamente da ciò che viene nominato “pozzo artesiano”.

La maggior parte delle volte le acque del sottosuolo riemergono formando delle sorgenti di diverso tipo:

• Di deflusso: uno strato permeabile inclinato affiora lungo il versante di una valle (A).
• Di sbarramento: analoga alla precedente, ma sbarrata da un ostacolo laterale (B).
• Di trabocco: l’acqua sgorga ai lati di un letto concavo che raccoglie più acqua di quanto ne possa contenere (C).
• Carsiche: le acque sboccano dopo aver “attraversato” le innumerevoli cavità presenti in una roccia calcarea elaborata dal carsismo (D).

Possono, inoltre, essere:

• Perenni: non si estinguono mai nel corso dell’anno;
• Temporanee: si estinguono almeno una volta all’anno;
• Intermittenti: erogano acqua ad intervalli più o meno regolari.

In base alla loro temperatura, infine, si hanno:

• Sorgenti fredde: temperature inferiori a 20°C;
• Sorgenti termali: tra i 20°C e i 50°C;
• Sorgenti acrotermali: con temperature superiori a 50°C.

La quantità d’acqua che sgorga dalle sorgenti, cioè la loro portata, si misura in litri al secondo e varia da sorgente a sorgente.

Queste, inoltre, sono tra le fonti di alimentazione principale dei fiumi, quali corsi d’acqua perenni. La porzione di terra emersa che contribuisce ad alimentare un fiume con le sue acque viene definita bacino idrografico, delimitato da una linea spartiacque, che lo separa dai fiumi adiacenti, e comprendente un sistema fluviale o reticolo idrografico costituito dal corso d’acqua principale e da tutti gli affluenti.

Il fiume, infine, può anche essere alimentato da acque sotterranee con la coesistenza, in questo caso, di un bacino idrografico e uno idrologico.

Lo studio dei fiumi consiste nella rilevazione di alcuni parametri geometrici, quali la lunghezza e la pendenza, e nell’esame del loro comportamento idrologico, valutandone la velocità, la portata e l’energia delle acque.

Vengono alimentati da sorgenti, dalle precipitazioni e da eventuali affluenti. A loro volta, però, possono, anziché giungere direttamente al mare, sfociare nei laghi, diventandone gli immissari o, viceversa, asportare l’acqua in eccesso dei laghi portandola al mare, diventandone gli emissari.

I laghi possono essere definiti come masse d’acqua, per lo più dolce, raccolta in depressioni naturali della superficie terrestre, senza comunicazione diretta con il mare.

A seconda delle origini e delle caratteristiche geologiche e geomorfologiche possono essere classificati in laghi:

• Di escavazione glaciale, di circo o vallivi. I primi occupano le conche scavate dai ghiacciai durante le ere glaciali generalmente al di sopra dei 2000 m di quota, mentre i secondi occupano un tratto terminale di valle, scavato dalle parti più basse dei ghiacciai ormai spariti.
• Di sbarramento, originati dall’ostruzione di un tratto di valle, causato da una frana, da un accumulamento di materiale, da una colata di lava…
• Carsici, occupanti delle depressioni di origine carsica;
• Di cavità tettonica, situati in avvallamenti prodotti da movimenti della crosta terrestre;
• Craterici, situati nei crateri di vulcani ormai spenti;
• Relitti, cioè masse d’acqua di origine marina, rimaste isolate in seguito a terremoti o abbassamenti del livello del mare;
• Costieri, formati per accumulo di sabbia che sbarra le acque, generando le lagune.
• Di sbarramento artificiale, generati dalla costruzione di dighe, ad opera dell’uomo, ed utilizzati per la produzione di energia elettrica o per l’irrigazione.

L’inquinamento delle acque

Il problema che oggigiorno accomuna le acque continentali è l’inquinamento, che comporta considerevoli conseguenze dirette e immediate per l’uomo, soprattutto nel caso delle acque dolci. Le cause d’inquinamento idrico sono principalmente connesse all’immissione di effluenti urbani, industriali e agricoli che interessano sia le acque superficiali, sia le acque sotterranee o di falda.

Specifiche forme di inquinamento delle acque sono quelle provocate da petrolio e quelle connesse agli scarichi di acqua ad elevata temperatura, inquinamento termico o da calore.

Il petrolio è l’inquinante marino più diffuso a causa della pratica delittuosa di scarico in mare dalle petroliere delle acque di lavaggio delle cisterne, del ripetersi di incidenti che coinvolgono le petroliere, dell’estrazione di petrolio dalle piattaforme marine continentali.

L’inquinamento termico, invece, è dovuto in gran parte al crescente impiego di acqua nei processi di raffreddamento industriali con conseguenze sugli ecosistemi, dovuti, talvolta, alla diminuzione dell’ossigeno; inoltre accelera tutti i processi di sviluppo delle forme di vita acquatica, accentuandone il fenomeno di eutrofizzazione.

Gli effetti più gravi dell’inquinamento termico sono dovuti agli improvvisi abbassamenti di temperatura che provocano, negli animali ormai adattati ad un ambiente più caldo, i cosiddetti “stress freddi”, in alcuni casi letali. Le acque naturali possiedono un potere autodepurante, che si manifesta nella capacità di decomporre biologicamente, biodegradare, le sostanze organiche di provenienza animale e vegetale, e anche alcune sintetiche. Questa è dovuta all’azione di microrganismi presenti nelle acque, che sono in grado di demolire i materiali biodegradabili prima citati. Tale processo, però, avviene in presenza di ossigeno, ovvero in condizioni aerobiche, che i microrganismi trovano disciolto nelle acque. Le sostanze inquinanti possono provocarne l’esaurimento totale.

Per la conseguente asfissia degli esseri che vivono nelle acque muoiono miliardi di batteri aerobi, che normalmente mantengono l’acqua depurata; a questi si sostituiscono i batteri anaerobi, che contribuiscono alla putrefazione dell’acqua.

Le principali fonti d’inquinamento dei fiumi e dei laghi sono:

• Le acque residuali urbane;
• Le acque di scarico delle industrie;
• Le acque che derivano dall’agricoltura;
• Gli idrocarburi, nei grandi laghi con servizi di trasporto su nave;
• Gli insetticidi e i pesticidi utilizzati in agricoltura;
• I pozzi perdenti, in particolare nel caso in cui inquinino le falde acquifere.

L’acqua nella natura è un mezzo vivente, portatore di organismi benefici che contribuiscono a mantenerne la qualità. Contaminandola, rischiamo di distruggere questi organismi, di capovolgere così il processo di autodepurazione ed anche, forse, di modificarla in modo irreversibile. Inquinare l’acqua, dunque, vuol dire modificare le caratteristiche qualitative, al punto da renderla inadatta al consumo degli esseri viventi.

Analisi chimica e microbiologica delle acque

Le acque destinate al consumo umano o utilizzate in un’impresa alimentare per la fabbricazione, il trattamento, la conservazione, l’immissione sul mercato di prodotti o sostanze destinate al consumo umano e che possono avere conseguenze sulla salubrità del prodotto alimentare finale devono rispettare determinati parametri chimici e microbiologici.

Può essere destinata al consumo umano ogni acqua, di qualsiasi origine, sia allo stato in cui si trova, sia dopo trattamento. Non sono comprese nelle acque potabili le acque minerali naturali né le acque medicinali.

L’acqua destinata al consumo umano non solo deve essere esente da sostanze chimiche e da microrganismi nocivi alla salute, ma deve anche avere un contenuto salino tale da poter svolgere efficacemente la funzione equilibratrice del sistema osmotico dell’organismo. Infine, è indispensabile che essa sia fresca, limpida, incolore, gradevole, inodore.

Per valutare la qualità dell’acqua da utilizzare a scopo potabile si ricorre a:

• Esami chimici e chimico-fisici atti a rilevarne le caratteristiche organolettiche, chimico-fisiche e chimiche, e a evidenziarne la presenza di sostanze indesiderabili o di sostanze tossiche;
• Esami microbiologici atti a rilevare la presenza di microrganismi patogeni;
• Esami microscopici atti a rilevare la presenza di organismi che provocano problemi di qualità.

Parametri chimici

1. Durezza: dovuta alla presenza di sali di calcio e magnesio che possono formare, in presenza di ioni carbonato, depositi incrostanti di calcare. Si divide in permanente, che rimane anche dopo ebollizione, e temporanea, che scompare con l’ebollizione per la precipitazione dei carbonati di calcio e magnesio presenti. La durezza è espressa in °F.
   1°F = 10 ppm di CaCO₃ equivalente.
   L’acqua potabile dovrebbe avere un valore di durezza < 60°F.
2. Alcalinità: capacità di neutralizzare gli acidi e pertanto è una misura della capacità tampone di un’acqua. È espressa convenzionalmente come mg di CaCO₃ in 1 litro d’acqua e si ottiene volumetricamente per titolazione con HCl 0,02 M, indicatore fenolftaleina, e indicatore metilarancio. Entro certi limiti, maggiore è l’alcalinità, minore è la corrosione che quest’acqua determina.
3. pH: compreso fra 6,5 e 8,5. Un pH acido o basico inibisce i microrganismi di autodepurazione delle acque, oltre l’intervallo 5-9 risulta letale per i pesci. La determinazione del pH è effettuata con un pH-metro.
4. Cloruri: la loro quantità nelle acque potabili dovrebbe aggirarsi sui 10-20. La determinazione quantitativa si esegue per via volumetrica col metodo di Mohr, usando come titolante nitrato di argento 0,01 M e indicatore cromato di potassio in ambiente neutro. Interferiscono con l’analisi la presenza di fosfati e sostanze riducenti che riducono l’argento.
5. Solfuri: la presenza di solfuri può essere indice di putrefazione anaerobica di sostanze organiche, non devono essere presenti nelle acque per uso potabile e per gli animali. Ne è salvaguardia il cattivo odore.
6. Ossigeno disciolto: oltre che dalla temperatura e dalla pressione parziale, la quantità di ossigeno disciolto in un’acqua dipende dalla quantità di sostanze organiche disciolte, dall’attività batterica e dall’attività fotosintetica. Meno ossigeno c’è, meno l’analisi delle acque sarà buona. D’altra parte la possibilità di ossigenare un’acqua, oltre che dalle sue caratteristiche fluidodinamiche, dipende dalla presenza di oli, tensioattivi e solidi sospesi.
7. Residuo fisso: indice delle sostanze, prevalentemente inorganiche, disciolte nell’acqua. Si evapora in capsula un volume noto di acqua e si essicca in stufa a 180°C fino a peso costante, concentrazione massima ammissibile 1500 ppm.
8. Conducibilità elettrica: come il residuo fisso è un indice delle sostanze solide, specie inorganiche, ionizzabili sciolte in acqua. Ovviamente le sostanze organiche non sono rilevate.
9. Sostanze organiche: è la determinazione dell’ossigeno richiesto per ossidare le sostanze organiche presenti ed eventuali specie inorganiche riducenti, che interferendo devono essere precedentemente eliminate. Nell’acqua potabile non dovrebbero superare le 2 ppm.
10. C.O.D.: Chemical Oxygen Demand, misura l’ossigeno richiesto, in mg/dm³, per l’ossidazione chimica delle sostanze organiche ed eventualmente inorganiche presenti in un campione d’acqua in specifiche condizioni di temperatura, 100°C, tempo, 2 ore, ossidante, K₂Cr₂O₇ 0,25 N, pH, molto acido per la presenza di acido solforico concentrato 96%, catalizzatori, Ag₂SO₄, HgSO₄ che serve a complessare i cloruri. Il significato di questa analisi è pertanto analogo a quella precedente, ma è preferita dall’O.M.S., Organizzazione Mondiale della Sanità.
11. Ammoniaca: la presenza di ammoniaca in un’acqua di primo impiego è in genere indice di un inquinamento di tipo organico, fecale, perché si ottiene dalla decomposizione aerobica e anaerobica di sostanze azotate da parte di microrganismi.