Acqua: liquido "magico" - Tesina Maturità

1.1 L’acqua all’interno del sistema solare Origine del

La nostra storia comincia in un'epoca lontanissima addirittura sistema solare.

4,5 miliardi di anni fa e in un punto indefinito del Cosmo. Come

in ogni altro corpo celeste conosciuto, anche il Sistema Solare

ebbe origine da una nebulosa planetaria i cui componenti, oltre

che idrogeno ed elio, dovevano essere, in linea di massima, gli

stessi che oggi ritroviamo nella composizione di tutti gli altri

corpi celesti.

Una parte di questa nube cosmica, definita nebulosa solare,

cominciò a collassare su se stessa nel momento in cui una

reazione esterna, molto probabilmente l’esplosione di una

supernova, ne provocò la perturbazione.

Nella progressiva contrazione la nebulosa assunse la forma di un

disco appiattito, al centro del quale si andò addensando un

“proto-Sole”, via via di maggiori dimensioni. Sempre più

distanti dal proto-Sole, ripetute collisioni tra granuli di ghiaccio

e polveri portarono all’aggregazione di nuovi corpi, i cosiddetti

“planetesimali”, i quali, essendo attratti dal proto-Sole in

maniera minore, riuscirono ad aggregare sempre più materia con

un corrispettivo aumento di massa e di campo gravitazionale. I

pianeti cominciarono a subire l’attrazione del corpo centrale,

ovvero il proto-Sole, iniziando a ruotarvi intorno, descrivendo

delle orbite ellittiche, e aggregando quantità sempre maggiori di

materia. Il proto-Sole continuò, invece, a collassare su se stesso

con il conseguente aumento di temperatura che fece innescare le

prime reazioni nucleari. A questo punto la nuova stella generò

una gigantesca esplosione che investì l’intero sistema,

spazzando nello spazio interstellare i gas e le polveri residue.

Inoltre il riscaldamento progressivo della stella centrale impedì

l’accumulo di ghiacci nei corpi più interni, che si accrebbero

soprattutto per l’aggregazione di rocce e metalli (Mercurio, Le comete.

Venere, Terra e Marte), mentre nei corpi più esterni (Giove,

Saturno, Urano e Nettuno) i ghiacci si aggiunsero ai materiali

rocciosi, determinandone una composizione gassosa. In questa

fase, dunque, i ghiacci vennero spazzati alla “periferia” del

sistema solare, formando dei nuclei di acqua e altri materiali

meno densi che cominciarono ad aggregarsi. Da questo processo

si generarono le comete determinando la formazione della fascia

di Kuiper e della nube di Oort.

Della natura delle comete si seppe poco fino al 1949, quando

l'astronomo americano Fred L. Whipple formulò la teoria in base sublimazione:

alla quale le comete sarebbero delle "palle di neve sporca". transizione di fase di un

elemento dallo stato

Le osservazioni successive hanno sostanzialmente confermato le solido allo stato

previsioni fatte sulla base di quel modello. gassoso senza passare

Non appena una cometa abbandona i freddi spazi oltre la fascia per lo stato liquido.

Fusione: passaggio

asteroidale per avvicinarsi al Sole l'accresciuto calore provoca la solido-liquido.

sublimazione dei ghiacci e l'espulsione delle polveri, rendendola Evaporazione:

visibile. Così, attorno ad un nucleo, del diametro di alcuni passaggio liquido-

gassoso. 5

kilometri, si forma un alone rarefatto e luminoso, la chioma, le

cui dimensioni sono spesso simili a quelle di Giove.

I gas e le polveri vengono espulsi praticamente in tutte le

direzioni, ma principalmente verso la sorgente di calore, il Sole.

Sono poi gli effetti generati da quest'ultimo, ovvero il vento

solare, a spingere i materiali verso l'esterno, formando le

spettacolari code di polvere e plasma. Ecco perché le code

cometarie sono sempre rivolte in direzione opposta a quella

della nostra stella.

Ad ogni passaggio dal Sole, dunque, una cometa perde una parte

di massa (anche molte tonnellate al secondo), e col tempo

diviene meno luminosa, fino ad estinguersi dopo un certo

numero di passaggi. Le diverse forze gravitazionali, inoltre,

possono influenzarne l’orbita con il conseguente impatto sui

pianeti: fu così che, nella fase di “bombardamento cosmico”,

l’acqua arrivò sulla Terra e i mari, che ne ricoprono oggi la

superficie, sono il risultato di questo processo durato centinaia di

milioni di anni. L’acqua all’interno

L'acqua, inoltre, è abbondante anche al di fuori del nostro del sistema solare

pianeta, ma è rarissima allo stato liquido, quello più adatto ad

ospitare la vita come la conosciamo.

Su Marte, infatti, tre miliardi e mezzo di anni fa fiumi impetuosi

scavarono i canyon che “Schiapparelli”, nel 1877, ipotizzò

essere canali di irrigazione esplicitandone la teoria dell’esistenza

di altre forme di vita. Si era ipotizzata, inoltre, la presenza di

acqua su Titano, una luna di Saturno, ed Europa, satellite di

Giove.

Marte è un pianeta molto simile alla Terra. Classificato tra i Marte

pianeti di tipo terrestre, quest’ultimo presenta un’inclinazione

dell’asse simile a quella del nostro pianeta. Conseguenza di ciò è

l’alternarsi delle stagioni che, suddivise in un periodo di

rivoluzione pari a 687 giorni, data la maggiore distanza dal Sole,

durano circa il doppio rispetto a quelle terrestri.

Inoltre è stata rilevata la presenza di calotte glaciali ai poli, come

visibile in figura, che si allargano e si restringono con

l’alternarsi delle stagioni. Ciò rappresenta uno dei processi che

ne ha modificato la struttura geologica insieme alle conseguenze

del bombardamento meteorico (crateri da impatto), agli agenti

eolici e ad una remota attività vulcanica. Ci sono tracce, infatti,

di un’intensa attività vulcanica, ormai cessata, quali la presenza

di imponenti vulcani come il Mons Olympus, il più grande

all’interno del Sistema solare.

L’acqua, inoltre, quale fattore di modellamento, è presente oggi

in gran quantità sotto la superficie allo stato di permafrost ed ai permafrost:suolo

poli come ghiaccio ricoperto da ghiaccio secco (anidride gelato che subisce un

carbonica solida). Le cause che hanno consentito lo brevissimo disgelo

superficiale durante le

scioglimento dei ghiacciai in maniera tale da lasciare tracce di stagioni più

un’evidente attività erosiva dell’acqua, però, vengono fatte calde,mentre rimane

risalire alle precedenti epoche di eruzione vulcanica che, data la ghiacciato

permanentemente in

composizione dell’atmosfera (95% di anidride carbonica) ne profondità. 6

scaturirono l’effetto serra, ma, anche, al violento impatto di

meteoriti. Titano

Anche Titano, satellite di Saturno, presenta una meteorologia e

una morfologia molto simili a quelle della Terra. Le immagini

inviate dalla sonda Cassini -Huygens dell’ESA (spedizione del

14 gennaio 2005) ne hanno rilevato dei canali che confluiscono

in sistemi fluviali fino a sfociare in letti lacustri con

caratteristiche notevolmente simili a quelle terrestri. L’ipotesi

primaria era che il fluido in oggetto fosse acqua ma, alle

temperature del satellite, che raggiungono i –170°C non si

sarebbe mai potuta presentare allo stato liquido e gassoso.

Pertanto si tratta di metano, mentre quantità di acqua allo stato

solido sono riscontrabili nelle attività vulcaniche del pianeta che

non hanno generato lava bensì ghiaccio e ammoniaca.

Sebbene, dunque, si verifichino molti dei processi tipici della

Terra, la loro chimica è radicalmente diversa. Al posto

dell’acqua allo stato liquido, Titano ha metano liquido e i Enceladus

6

vulcani di eruttano ghiaccio a bassissime temperature.

La medesima sonda Cassini ha riscontrato, inoltre, la presenza di

acqua su un’altra luna di Saturno, ovvero Enceladus. Enceladus

ha un diametro di 505 chilometri ed è il corpo più splendente

dell'intero sistema solare. Si è sempre creduto che fosse fredda,

ma ora gli esperti pensano che sia geologicamente attiva e con

un sottosuolo caldo. La scoperta più importante è stata quella di

una zona particolarmente attiva vicino al polo sud di Enceladus.

Qui la superficie della piccola Luna è, sono parole dei

ricercatori, "tigrata", percorsa cioè da striature scure e chiare, e

sembra disseminata di blocchi di ghiaccio delle dimensioni di

una casa. Le zone più scure potrebbero essere punti da cui

fuoriesce dal sottosuolo materiale più caldo, anche se sempre

7

ghiacciato, una specie di geyser freddo. Europa

La presenza di acqua su Europa, invece, satellite di Giove, era

già nota da diverso tempo. Europa è il secondo dei satelliti

Galileiani, e presenta delle dimensioni poco minori rispetto a

quelle della nostra Luna. I dati inviati dallo spazio ne hanno

indicato una stratificazione interna simile a quella dei pianeti

terrestri, con un probabile piccolo nucleo metallico, e dei sottili

strati esterni di ghiaccio.

Le immagini della superficie di Europa, inoltre, somigliano

molto ai mari ghiacciati sulla Terra. E' possibile, infatti, che al di

sotto di questo strato di ghiaccio esista uno strato di acqua

mantenuto liquido dal calore generato dalle forze di marea. Se

così fosse, Europa sarebbe l'unico posto, Terra esclusa,

6 www.corriere.it/Primo_Piano/Scienze_e_Tecnologie/2006/03_Marzo/09/sat

urno.shtml

7 www.galileonet.it/Magazine/mag0610/0610_1.html 7

8

contenente quantità significative di acqua allo stato liquido.

E più lontano, c'è acqua al di fuori del Sistema Solare? Un

satellite della NASA lanciato nel 1998 e alcuni telescopi

orbitanti hanno rilevato granelli di polvere e ghiaccio sia nelle

regioni interstellari, dove la temperatura è di oltre 240° C sotto

lo zero, sia nelle nebulose in cui vi sono delle stelle in

formazione e il vapore si trova a migliaia di gradi centigradi.

Troppo caldo o troppo freddo perché la vita possa svilupparsi,

ma incoraggiante. Se c'è tanta acqua nel cosmo forse esistono

sistemi solari con un clima tale da poterla ospitare in forma

liquida e far da culla alla Vita. Insomma, “guardando” il cosmo

ci si accorge di quanto siamo stati fortunati a nascere e vivere su

un pianeta, la Terra, che si trova alla distanza giusta dal Sole, e

con quella pioggia di comete che ci hanno permesso di disporre

di acqua in abbondanza. E’ straordinario pensare anche

all'enorme quantità di molecole che, dopo un viaggio

lunghissimo, sono arrivate qui, sulla Terra, per creare tutto ciò

che vediamo intorno a noi.

In una singola goccia d'acqua ci sono migliaia di volte più

molecole che stelle nella nostra galassia: è come essere sospesi

tra l'infinitamente grande e l'infinitamente piccolo dentro questa

9

nostra delicata e solitaria goccia d'acqua.

8 www.esa.int/esaCP/SEMLKD81Y3E_Italy_0.html

9 Palmieri- Parotto, La Terra nello spazio e nel tempo, Bologna, Zanichelli

editore, 2002 8

1.2 L’acqua sulla Terra

Sulla Terra l’acqua occupa la maggior parte della superficie

(circa il 70%), dove si trova oltre che allo stato liquido, allo stato Il ciclo dell’acqua

solido (ghiaccio e neve) e allo stato di vapore acqueo (umidità

atmosferica) 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 (attraverso l’erosione) e climatico (regolando la

temperatura ambientale attraverso i meccanismi di

evaporazione-condensazione, le precipitazioni e le correnti

oceaniche), senza contare che è una delle più importanti

sostanze utilizzate dall’uomo nell’attività agricola e industriale,

oltre che nell’esistenza quotidiana, in cui assolve funzioni

assolutamente insostituibili. La quantità totale è stimata in 1,5

miliardi di km cubi. Di questa il 94% è costituito da acqua salata

(oceani e mari) e il restante 2,6% da acqua dolce presente sulle

terre emerse che, per la maggior parte è “intrappolata” in

ghiacciai e racchiusa in falde sotterranee. L’ esistenza di queste

acque, dolci e salate, è legata, ovviamente, al fatto che il vapore

acqueo presente nell’atmosfera non rimane statico, ma prima o

poi condensa in gocce di pioggia, e talora si trasforma in gocce

di neve oppure in grandine.

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

deflusso:

 profondo, se, essa penetra nel sottosuolo per

infiltrazione, alimentando le falde acquifere;

 superficiale, se si concentra nei fiumi per poi ritornare