Geochimica

sono rispettivamente l'evaporazione, la precipitazione e l'infiltrazione. Il ciclo idrologico è un processo continuo in cui l'acqua si sposta tra l'atmosfera, la superficie terrestre e gli oceani. L'acqua evapora dagli oceani e dalla superficie terrestre, formando nuvole. Le nuvole si condensano e le goccioline d'acqua precipitano sotto forma di pioggia o neve. Questa acqua può poi infiltrarsi nel terreno o scorrere sulla superficie terrestre, raggiungendo infine gli oceani. Questo ciclo è fondamentale per la vita sulla Terra, in quanto permette il riciclo dell'acqua e la sua distribuzione su tutto il pianeta.costituiscono gli elementi idrologici e dipendono da fattori climatici (elementi idrologicisecondari):

• E (evapotraspirazione): acqua che evapora o che viene utilizzata per la traspirazione nei processi biologici
• R (ruscellamento): acqua che contribuisce alla formazione delle acque superficiali (fiumi)
• I (infiltrazione): acqua che penetra all'interno del terreno

L'uomo fa uso di quella di ruscellamento e di infiltrazione. Le acque naturali che partecipano al ciclo idrologico possono essere distinte in:

• Oceaniche
• Meteoriche
• Superficiali
• Sotterranee: alimentate da quelle meteoriche e da quelle magmatiche (juvenili), ne fanno parte anche quelle connate cioè intrappolate in serbatoi sotterranei (sedimenti impermeabili dette sacche idrologiche) e di cui se ne fa un uso limitato perché altamente saline infatti partecipano a processi di interazione acqua-roccia non terminati.

Il tempo di residenza dell'acqua in ogni serbatoio.(tw) è il rapporto tra massa d'acqua presente nel serbatoio e il flusso d'acqua che entra o esce da tale serbatoio, negli oceani tw e pari a 3200 anni (cioè l'acqua dell'oceano viene riciclata in 3200 anni infatti è salata), nell'atmosfera tw è pari a 11 giorni. I costituenti dell'acqua di mare sono gli stessi delle acque continentali ma in diverse concentrazioni: la salinità dell'acqua di mare è pari a un valore medio del 35% e i principali sali disciolti sono Na, Mg, Ca, K, Cl, SO4, HCO3. Nella tabella a sinistra si vedono i principali costituenti e viene espressa anche la % di ioni liberi, dove questa è alta vuol dire che i costituenti tendono a rimanere in soluzione, dove questa è bassa i costituenti tendono a essere sottratti a causa di vari processi (che poi vedremo). Dalla tabella di sinistra si vede che gli ioni liberi in elevata quantità sono Na, Cl, Ca e K mentre quelli presenti in

minore quantità sono Mg, HCO3 e SO4. Le concentrazioni variano con delle oscillazioni del 10%ma i rapporti relativi (per es. Na rispetto a Cl) variano poco (meno 1%), tranne il bicarbonato che varia lesue concentrazioni per un 5-10%.Nella tabella di destra si vedono invece i costituenti in traccia (Br, Sr, F) cioè gli elementi che nonostantesiano poco presenti nella crosta terrestre ritroviamo nell’acqua di mare (in una roccia sedimentaria diorigine marina vengono sottratti dal sistema acqua di mare) e che sono non-conservativi.I costituenti chimici dell’acqua possono essere conservativi (lunghi tempi di residenza) o non conservativi(bassi tempi di residenza) in base a:

• Quantità: i costituenti principali sono conservativi quelli minori sono non conservativi
• Processi biologici: la fotosintesi sottrae elementi nutritivi nelle acque poco profonde (NO3, PO4,SiO2, Fe) e vengono poi restituiti nelle acque profonde quando gli organismi muoiono

I processi biologici che avvengono nell'oceano sono fondamentali perché concentrano gli elementi maggiori, i principali processi sono:

1. Sintesi di materia organica: avviene nelle acque meno profonde dove può penetrare luce e porta alla produzione di ossigeno e alla rimozione di anidride carbonica e dei nutrienti (NO3, HPO4). Il principale ostacolo alla fotosintesi è la poca presenza di questi nutrienti nelle acque poco profonde, quindi questi vengono trasportati verso l'alto da processi come il miscelamento ad alte latitudini e il coastal upwelling che in definitiva favoriscono perciò la fotosintesi. La respirazione (inversa alla fotosintesi) non bilancia esattamente la fotosintesi e quindi c'è un eccesso di materia organica che migra in profondità e viene successivamente decomposta.
2. Decomposizione batterica della materia organica dopo la morte dell'organismo avviene in condizioni anossiche.

grazie a batteri che usano ossigeno legato alla sostanza organica riducono il C organico a CO2 e il solfato a H2S che migra verso l'alto e, reagendo col ferro, forma la pirite (nel grafico si vede la correlazione tra sostanza organica e pirite). 3. Secrezione di parti scheletriche permette la produzione di calcite, aragonite, Mg-calcite ed opale, il processo si verifica con la fotosintesi quindi può avvenire solo nelle acque superficiali. Il carbonato di calcio si scioglie e viene seppellito nelle acque profonde sia grazie alla CO2 presente sia a causa delle elevate pressioni, nella figura si vede come nelle dorsali (acque meno profonde) ci sia più carbonato di calcio sia a causa della minor presenza di CO2 e maggiore di ossigeno, sia a causa delle pressioni inferiori. L'accumulo di opale non si verifica invece perché l'acqua di mare è sottosatura di opale a tutte le profondità. La composizione dell'acqua di pioggia è

Le emissioni antropiche di solfati e nitrati nell'atmosfera hanno un impatto significativo sulle coste. Queste sostanze si riversano nelle piogge, causando l'acidificazione delle stesse. Nel corso del tempo, le emissioni di zolfo sono aumentate costantemente, ad eccezione di una diminuzione nel 1975 dovuta alla crisi energetica di quegli anni.

Per studiare le acque sotterranee, ci sono diversi fattori da considerare:

1. Origine: la composizione di un'acqua sotterranea dipende fortemente dalla sua origine. Sarà simile in composizione all'acqua da cui ha avuto origine (ad esempio, se proviene dal mare sarà ricca di sali, se è di origine meteorica sarà ricca di acidi, se è di origine magmatica sarà ricca di gas).
2. Composizione della roccia serbatoio: l'acqua si mineralizza in base alla roccia con cui interagisce (processo acqua-roccia).
3. Condizioni idrodinamiche:

La permeabilità della roccia favorisce più o meno velocemente la filtrazione dell'acqua che forma il serbatoio sotterraneo.

Possibilità di mescolamento tra acque diverse

Interazioni con la biosfera: per esempio la produzione di CO2

Inquinamento antropico

Per studiare l'interazione la composizione di un'acqua si fa un campionamento dell'acqua alla quale segue un'analisi che può essere volumetrica, colorimetrica e spettrofotometrica (cromatografia o spettrometria di massa).

I risultati di un'analisi (cioè le sostanze disciolte nell'acqua) vengono espressi in termini di peso per volume (1mg/L) o di ppm (mg/Kg) o di equivalenti (meq/L). Esprimendo i risultati in termini di equivalenti si tiene conto non solo del peso ma anche della carica dello ione disciolto.

Per controllare il risultato dell'analisi chimica bisogna fare il bilancio ionico ovvero la somma degli anioni meno la somma dei cationi deve risultare

Parametri geochimici di interesse per lo studio di un'acqua:

1. Temperatura: in base alla quale si fa una classificazione geologica di un'acqua perché la temperatura determina la soluzione o meno di certi minerali, cioè ne determina la composizione chimica. È importante la temperatura "all'emergenza", cioè la temperatura quando l'acqua arriva in superficie per verificare se è necessario miscelarla con acque più fredde per essere usate come acque termali.
2. Il pH: influenza anch'esso la composizione perché, ad esempio, Fe, Al, Mn sono insolubili nel range di pH nelle acque naturali e infatti li troviamo nei suoli.
3. Residuo fisso (RF): esprime il grado di mineralizzazione di un'acqua ed è definito come peso in grammi dei composti solidi secchi ottenuto da 1Kg di acqua, viene espresso in mg/L. Lo si calcola evaporando tutta l'acqua del campione e pesando il precipitato rimasto.

È simile al TDS (salinitàtotale determinata analiticamente), ma il TDS ci dà anche informazioni su quali sostanze sono disciolte. Le acque altamente mineralizzate non sono adatte all’irrigazione delle terre coltivate perché tutti i Sali disciolti formano una patina semi-cristallina e non favoriscono la respirazione della pianta.

4. Conducibilità (ECw): fornisce un’informazione sul tipo di sostanze disciolte (maggiore è la conducibilità maggiore è la salinità di un’acqua) e in base alla conducibilità possiamo scegliere come analizzare il campione in laboratorio (un campione con elevata conducibilità è più facile da analizzare se viene prima diluito). Si esprime in mS/cm o μS/cm. Materiale organico in sospensione influenza solo la conducibilità ma non la concentrazione salina.

5. Durezza: indica la quantità di metalli alcalino-terrosi disciolti in un’acqua (Ca e Mg)

e si esprime in mg/L o in gradi francesi (°F) che corrispondono a 10 mg/L di CaCO₃. Le acque dur