Tesina di maturità sull'acqua: fonte di vita

ACQUA, LA MATRICE DELLA VITA

L'acqua è una risorsa naturale molto importante ed è indispensabile per vivere.

La usiamo per bere, per lavarci, per cucinare, per irrigare i campi.

La troviamo ovunque, scende dal cielo sotto forma di pioggia o neve, scorre nei fiumi,

forma i laghi, i mari, i ghiacciai. Si trova anche in posti che non si riescono a vedere:

1. Sottoterra;

2. Nell’aria;

3. In tutti gli esseri viventi.

Le acque occupano circa il 71 % della superficie terrestre; il 97% dell’idrosfera è

acqua salata e la restante acqua dolce.

L'acqua, l'aria, la terra e il fuoco erano considerati dagli antichi filosofi come quattro

elementi chimici, gli unici; questo concetto ha continuato ad essere accettato per tutto il

Medioevo. Solo nel 1781 Henry Cavendish dimostrò che l'acqua si forma per

combustione dell'idrogeno. Poco tempo più tardi si scoprì che l'acqua poteva essere

decomposta per via elettrolitica in due volumi di idrogeno e un volume di ossigeno, ma

la formula chimica dell'acqua fu oggetto di controversie fino al 1860, quando fu stabilita

da Stanislao Cannizzaro.

STRUTTURA MOLECOLARE DELL’ACQUA

Ogni molecola d’acqua è costituita da due atomi di idrogeno e da un atomo di ossigeno

collegato a ciascun atomo di idrogeno mediante un legame covalente. A causa della

forte attrazione del nucleo dell’ossigeno per gli elettroni, gli elettroni messi in comune

nei legami covalenti passano più tempo intorno al nucleo dell’ossigeno che intorno ai

nuclei degli atomi d’idrogeno; perciò la regione che circonda ogni nucleo d’idrogeno è

debolmente positivo, mentre quello che circonda l’atomo di ossigeno ha una carica

debolmente negativa. Il legame idrogeno si forma tra un vertice negativo di una

molecola d’acqua e un vertice positivo di un’altra. Esso è molto più debole di un legame

covalente o di un legame ionico inoltre è di breve durata e dopo essersi spezzato tende

subito a riformarsi probabilmente tra molecole diverse. La maggior parte delle proprietà

chimiche e fisiche dell'acqua dipendono dal legame a idrogeno che unisce le molecole

che formano questa sostanza. L'acqua può esistere in tre stati:

• solido

• liquido

• gassoso

Allo stato solido si trova sotto forma di ghiaccio, neve, grandine, brina.

Nello stato solido le particelle sono molto vicine le une alle altre, non sono libere di

muoversi e di spostarsi e sono disposte secondo un perfetto ordine geometrico.

Allo stato liquido si trova sotto forma di pioggia e rugiada, ma soprattutto forma fiumi, mari

e oceani.

Nello stato liquido le particelle possono spostarsi, ma entro certi limiti: se una particella si

sposta il suo posto viene subito preso da un'altra.

Allo stato gassoso si trova nell'atmosfera sotto forma di nebbia, vapore acqueo, nuvole.

Nello stato gassoso le particelle possono muoversi liberamente, perché non ci sono

legami chimici tra loro. 3

Caratteristiche fisiche, chimiche e microbiologiche:

1. Adesione e capacità di bagnare (acqua aderisce a sostanze organiche e

inorganiche).

2. Imbibizione (si lega a diversi composti senza creare solubilizzazione).

3. Viscosità.

4. Calore specifico elevato (immagazzina calore al suo interno).

5. Calore latente di vaporizzazione (assorbe calore per poter poi evaporare).

6. Trasparenza (permette alla luce di penetrare e consente la fotosintesi anche alle

piante che vivono nelle acque profonde).

7. Densità (i liquidi in genere aumentano la loro densità al diminuire della temperatura

invece l'acqua segue questa legge fino alla temperatura di 4 °C, al di sotto della

quale inverte il suo comportamento, fino a diventare ghiaccio).

8. Potere solubilizzante (l’acqua è il miglior solvente conosciuto e per questo molte

reazioni si svolgono in essa).

9. Temperatura (fattore regolatore dei processi organici e inorganici, perché in grado

di condizionare gli equilibri chimici e la fisiologia degli organismi).

10. Salinità (percentuale di sale)

11. Ossigeno disciolto (viene consumato continuamente nella respirazione degli

organismi marini, nell’ossidazione di composti chimici e nel ritorno in atmosfera).

12. pH. (L’acqua pura di solito pH. 7, ma le notevoli capacità solubilizzanti fanno sì che

la soluzione sia influenzata dalla quantità e dalla qualità dei sali e dei gas disciolti).

13. Microrganismi (l'acqua non è mai batteriologicamente pura infatti le fonti principali

di contaminazione sono costituite dalle deiezioni umane e animali e da

microrganismi patogeni: Escherichia, Salmonella, Vibrio, Shigella che sono degli

indicatori di contaminazione fecale). La moltiplicazione batterica dipende anche

dalla presenza di fosfati, nitrati, ossigeno disciolto, pH, dalla durezza e dalla

temperatura. C’è anche la presenza di virus che può portare a pericoli per la salute

pubblica es. poliovirus, epatite A, reovirus, adenovirus, coxackievirus, rotavirus.

Le leggi di tutela della salute hanno stabilito di indagare attraverso indicatori di

contaminazione fecale più resistenti, costituiti dai coliformi fecali.

Altri indicatori sono gli streptococchi fecali più frequenti nelle feci degli animali, oppure i

clostridi solfito-riduttori, che resistono in questo ambiente più a lungo degli enterobatteri

generici.

LE ACQUE POTABILI 4

L'acqua destinata all'alimentazione umana deve essere di qualità elevata e non deve

contenere in quantità pericolosa per la salute, sostanze chimiche e germi (d.lgs. n. 31, 2

febbraio 2001).

Qualità inoltre da esigere sono: freschezza, assenza di torbidità, colorazione, gusti e odori

sgradevoli.

Le aree di alimentazione delle risorse idriche superficiali e sotterranee, nonché gli impianti

di captazione, adduzione e distribuzione, devono quindi esseri protetti da ogni forma di

inquinamento.

Le acque potabili provengono per il 53% da quelle sotterranee, per il 37% dalle sorgenti e

per il 10% dalle acque superficiali.

L'organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) classifica le acque da bere in:

• Acqua potabile: quella del rubinetto, filtrata e trattata in modo da non contenere

sostanze tossiche o indesiderabili in misura superiore ai livelli ammessi dalle

norme di potabilità stabilite dalle autorità pubbliche;

• Acqua minerale naturale: acqua di sorgente sotterranea, protetta, non trattata in

alcun modo e che deve rimanere stabile nel tempo;

• Acqua di sorgente: è acqua di sorgente sotterranea, non trattata in alcun modo, ma

che può non rimanere costante nel tempo;

• Acqua da tavola: è quella del rubinetto imbottigliata;

• Altre acque: sono acque da tavola a cui sono aggiunte varie sostanze, ad esempio

aromatizzanti.

GLI AMBIENTI ACQUATICI

Il ciclo dell'acqua: il sole scalda l'acqua degli oceani, dei mari, dei laghi e dei fiumi

facendone evaporare una parte (passaggio di stato liquido-vapore).

L'acqua sotto forma di vapore raggiunge la parte più fredda dell'atmosfera, si condensa e

vengono formate le nuvole (passaggio di stato vapore-liquido).

Il vento trasporta le nuvole e quando esse si accrescono di volume l'acqua torna in forma

liquida e cade sulla terra sotto forma di precipitazioni.

Le precipitazioni finiscono nel mare, terraferma (torrenti, fiumi, laghi) o si infiltrano nel

sottosuolo alimentando gli acquiferi. Il sole scalda ancora e così il ciclo può ricominciare.

Classificazione delle acque: Le acque si dividono in superficiali (mari, laghi, fiumi, estuari,

lagune, zone umide) e acque sotterranee. Le acque superficiali a loro volta si distinguono

in acque dolci e acque marine.

Acque dolci: rappresentano una piccola parte dell'idrosfera e sono importantissime ai fini

umani perché da loro deriva l'acqua potabile per gli abitanti della terra.

Gli ambienti d'acqua dolce si dividono in habitat lentici (laghi, stagni, paludi), dove l'acqua

ristagna, e habitat lotici (fiumi, torrenti, ruscelli), dove l’acqua scorre.

Popolazioni microbiche delle acque dolci: Uno degli habitat più interessanti è quello

definito con il termine Neuston, costituito dal sottile strato acquoso all’interfaccia con

l’aria. Esso è popolato da un gran numero di microalghe, cianobatteri, batteri, funghi e

protozoi. È composto da organismi sia autotrofi sia eterotrofi, del genere Pseudomonas,

Caulobacter, Flavobacterium inoltre sono presenti anche diversi funghi filamentosi e

lieviti, ma soprattutto alghe. L’altro habitat è quello della colonna d’acqua; qui i

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microrganismi diminuiscono con la profondità, perché si riducono la temperatura, la luce e

l’ossigeno disciolto.

Acque marine: rappresentano il 71% della superficie terrestre, con profondità media di

4000 metri e una massima di 11 000 metri. La caratteristica chimica dei mari è la

presenza, in soluzione, di NaCl, presente mediamente in quantità che vanno da 34 a 35’8

g/l. Il pH è tendenzialmente basico (8,3-8,5) e la temperatura varia da 0 °C a 5°C sotto i

100 metri di profondità. All’aumentare della profondità aumenta la pressione, si riduce la

luce e la concentrazione di ossigeno cala.

La presenza di microrganismi è significativa solo nelle vicinanze delle coste e in

superficie. Molto popolato è lo stato pleuston, simile al neuston delle acque dolci, dello

spessore di 30 µm. Qui si trovano batteri (Pseudomonas), cianobatteri, alghe (diatomee),

scarsi sono funghi e protozoi. Sulla colonna d’acqua si trova quasi esclusivamente del

fitoplancton, composto da alghe eucariotiche unicellulari. Nei mari caldi abbonda il

cianobatterio Trichodesmium, che fissa l’azoto atmosferico, mentre nei mari freddi

abbondano le diatomee.

Acque del sottosuolo: le acque si infiltrano nel suolo attraverso le microporosità dei

materiali, le fessure e le fratture delle rocce; questa discesa è però interrotta dalla

presenza di strati impermeabili sotterranei, per cui tutto lo strato sovrastante, a volte fino

alla superficie, viene saturato d’acqua, formando una falda idrica. Le zone geologiche che

meglio si prestano alla formazione di falde sono quelle formate da strati di ghiaia e

sabbia, di arenaria (sabbie compattate), di roccia frantumata, di calcare cavernoso.

Reticoli e bacini idrografici: con la forza di scorrimento, l’acqua superficiale forma i reticoli

idrografici, cioè le linee geografiche di raccolta delle acque piovane superficiali che

confluiscono tutte in un fiume posto sul piano più basso del territorio interessato.

Le fonti di approvvigionamento di acqua potabile: non tutte le acque disponibili in natura

hanno le caratteristiche di potabilità; in moltissimi casi è necessario procedere a

trattamenti fisici e chimico-biologici (d.lgs. n.125,11 maggio 1999).

 Acque di sorgente: molti acquedotti si alimentano da sorgenti poste in alta quota,

che garantiscono uno standard qualitativo elevato per assenza di fonti

contaminanti all’origine.

 Acque di falda: il prelievo diretto dal sottosuolo è destinato solo in minima parte

alla potabilizzazione mentre la quota maggiore viene destinata a fini agricoli e

industriali.

 Acque superficiali: sono prevalentemente

destinate all’uso agricolo, ma,

opportunamente trattate, sono utilizzate

anche per usi civili e industriali. Il loro

sfruttamento comporta spesso, soprattutto

nel caso di corsi d’acqua di piccole

dimensioni, la formazione di serbatoi

d’accumulo che vengono realizzati con la

costruzione dighe e invasi artificiali da cui

partono opere civili di canalizzazione. 6

In

dicatori biotici delle acque: per studiare il diverso livello di inquinamento di un ambiente

idrico, dal 1962 Kolkwitz, Marson e Liebmann hanno ideato l’indice biotico, che,

considerando il processo di autodepurazione dell’ecosistema in esame, associa le

diverse tipologie di inquinamento alla presenza di organismi indigeni. Tra questi

rivestono grande importanza i protozoi del tipo zooflagellati, ciliati, amebe, e rotiferi, che

interagiscono direttamente con l’ambiente e con gli altri esseri viventi (batteri, alghe

azzurre, alghe dorate, alghe flagellate, anellidi, nutrendosi di essi. La ricerca, il

riconoscimento e il mappaggio dei protozoi daranno quindi informazioni sullo stato di

salute del rispettivo ecosistema acquatico.

INQUINAMENTO DELLE ACQUE