L'ACQUA E
IL CICLO IDROGEOLOGICO
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Dal punto di vista chimico l'acqua è una molecola costituita da due atomi
di idrogeno uniti con uno di assigeno da un legame covalente polare. A causa
dell'ineguale distribuzione della carica elettrica, le molecole d'acqua
possono interagire tra loro attraverso interazioni dipolari e formare
legami-idrogeno; queste forze intermolecolari sono alla base delle particolari
caratteristiche fisico chimiche dell'acqua pura nel suo stato liquido ( elevata
tensione superficiale,elevato calore specifico, elevato punto di ebollizione e
capillarità), e ne fanno un ottimo solvente per la maggior parte delle
molecole ioniche o polari.
Ancora nella metà del XVIII secolo, l'acqua era considerata un elemento
semplice, almeno fin quando Cavedish (1781) e Lavoisier (1783) non ne
stabilirono la natura molecolare, la composizione chimica e le modalità di sintesi.
Dal punto di vista biologico, l'acqua liquida è una componente essenziale
degli organismi viventi entrando nella loro composizione in quantità relative
percentualmente preponderandi; sotto il profilo ecologico può essere quindi
considerata una importantissima risorsa essenziale e la sua disponibilità
ambientale è tra i principali fattori limitanti la diffusione degli organismi
viventi sulla Terra.
A causa delle sue strette relazioni con la componente biotica dell'ecosistema,
il ciclo dell'acqua all'interno della Biosfera
(ciclo idrogeologico) diventa realtivamente più complesso, in particolare nell'ambito degli ecosistemi
forestali. In questi, infatti, il fenomeno fisico dell'evaporazione
si associa a quello biologico della traspirazione.
Questo processo, detto di evapotraspirazione,
promuove il passaggio di enormi quantità di vapor d'acqua direttamente
nell'atmosfera.
Lo schema rappresentato in figura, sintetizza le complesse relazioni
esistenti tra il ciclo dell'acqua e le diverse componenti della biosfera (atmosfera, podosfera,
idrosfera, organismi viventi). Le stesse relazioni rappresentano altrettante vie di
diffusione per gli agenti inquinanti.
Il ciclo idrogeologico viene generalmente descritto a partire dall'acqua meteorica
(pioggia, neve, grandine) che raggiunge la terra sotto forma di precipitazioni;
la maggior parte dell'acqua meteorica cade negli oceani, ma una certa quantità cade
sulle terre emerse: il suo destino dipende da molti fattori ma, in particolare, dalla
capacità assorbente del suolo.
Quando il suolo ha una scarsa capacità di assorbimento (rocce, sedimenti consolidati),
l'acqua meteorica scende a valle disegnando una rete idrografica superficiale, convergendo
verso i fiumi e, da questi, al mare. La dinamica di questo processo è fortemente
influenzata dall'entità delle precipitazioni, dalla loro distribuzione nel
corso dell'anno e dalla pendenza del substrato.
Un caso particolare, ma molto importante, è dato dall'immobilizzazione
nei ghiacciai montani e nelle calotte polari, di grandi masse
d'acqua meteorica in forma solida.
Quando il substrato ha una capacità di assorbimento più elevata, come nel caso
di un suolo o di un deposito detritico incorente, allora una certa
quantità di acqua meteorica viene assorbita e scende a valle attraverso
una rete di canali sotterranei che spesso alimenta le falde freatiche
e le sorgenti di acqua potabile. La presenza di un folto manto di vegetazione tipico
degli ecosistemi forestali, promuove l'assorbimento dell'acqua meteorica
da parte del suolo e ne convoglia una quantità rilevante verso lo strato
arboreo da cui l'acqua assorbita dalle piante viene traspirata nell'atmosfera.
Il fenomeno dell'evapotraspirazione assume la massima importanza nel
ciclo idrogeologico degli ecosistemi tropicali nei quali le foreste svolgono
un ruolo fondamentale anche per la regolazione del clima. La presenza
delle foreste tropicali (o meno), influsce decisamente sul grado di
umidità locale e sulla quantità e frequenza delle precipitazioni; la distruzione
delle aree forestali tropicali è in grado di determinare una
forte riduzione dell'evapotraspirazione e, quindi, delle precipitazioni
favorendo una transizione del clima caldo-umido in clima arido, con conseguenze
drammatiche sulla produttività degli habitat interessati.
In ogni caso, tutta l'acqua immobilizzata sui continenti finisce, prima o poi,
col riversarsi in mare e, da qui, col ritornare nell'atmosfera sotto forma di vapore.
La forza motrice di tutto questo è l'energia solare.
Solo una minima percentuale dell'acqua che si trova sulla Terra possiede
le caratteristiche che la rendono potabile per l'uomo e per gli animali. Le
nostre riserve di acqua potabile dipendono soprattutto dalla portata
delle falde freatiche sotterranee e sono "limitate" perchè è limitata la quantità d'acqua
meteorica che è in grado di alimentarle
A differenza dell'acqua di falda e di sorgente, purificata da meccanismi
naturali e molto efficienti, l'acqua dei fiumi e dei laghi è spesso inquinata
e deve essere opportunamente trattata per diventare potabile; essa può veicolare
un gran numero di malattie infettive (inquinamento biologico) e, ai nostri giorni,
è anche soggetta ad un alto grado di inquinamento chimico.
Il bilancio idrico di un ecosistema terrestre tende a rimanere inalterato per
tempi molto lunghi, pur presentando oscillazioni periodiche di ampiezza ridotta.
D'altra parte, la quantità d'acqua complessivamente presente nella Biosfera è
costante nel tempo: quello che può variare è il rapporto quantitativo tra le acque dolci
continentali e quelle oceaniche, in relazione alle variazioni nel regime annuale delle
precipitazioni e alla quantità di acqua immobilizzata come ghiaccio.
In questo secolo di crescita economica e demografica, la domanda di acqua potabile, per uso agricolo,
industriale e domestico, ha subito un incremento enorme ed ha implicato uno
sfruttamento massiccio delle riserve idriche localmente disponibili. L'uso umano
dell'acqua ha cominciato a pesare sul bilancio idrico continentale in misura decisiva, soprattutto
nelle regioni che, per motivi climatici, non dispongono di riserve sufficienti.
Dal punto di vista della sua disponibilità, infatti, l'acqua dolce
è una risorsa regionale mentre, a livello globale, essa è presente in grandissimo
eccesso: il suo limite fisico è dato dalla portata di tutti i corsi d'acqua del mondo
(compresi quelli sotterranei), e ammonta a circa 40.000 Km cubici/anno dei
quali ne vengono usati appena 3500.
I limiti nell'uso di questa risorsa essenziale potrebbero sembrare, quindi, ben
lungi dall'essere raggiunti ma, in pratica, il bacino idrico potenziale può
essere sfruttato solo in minima parte e per diversi motivi.
In molte regioni l'acqua è una risorsa stagionale e non c'è modo di immagazzinarne
grosse quantità per usarle nella stagione secca. Dei 40.000 km cubici/anno,
circa 28.000 finiscono col tornare al mare e dei rimanenti, 5000 non sono di
fatto utilizzabili perchè si trovano nelle aree fluviali di zone scarsamente popolate
(principalmente ai tropici e ai poli). La quantità d'acqua potenzialmente disponibile
è pertanto ridotta a 7000 km cubici/anno.
E' probabile che in futuro questa quantità possa aumentare,
anche attraverso la desalinizzazione dell'acqua marina già
applicata da diversi paesi (Inghilterra, Israele); ma potabilizzare
l'acqua è molto costoso e si riflette sui prezzi al consumo.
Un altro grosso problema è quello relativo all'inquinamento dell'acqua
utilizzata (e utilizzabile) per scopi potabili. Inquinamento delle falde,
scarsa gestione ed efficienza del serbatoio idrico, sprechi al consumo,
unitamente all'elevatissima domanda e ad una diminuzione della capacità degli
ecosistemi naturali di promuovere gli imput ai bacini idrologici sotterranei, sono
tutti fattori che contribuiscono ad alimentare l'emergenza idrica nei
paesi più sensibili per motivi climatici.
Una delle conseguenze principali dell'inquinamento atmosferico sono le
così dette piogge acide. Gli agenti maggiormente responsabili
dell'acidità dell'acqua atmosferica sono l'anidride solforosa (SO2),
gli ossidi di azoto (NOx e quelli di carbonio
(CO2 e CO); tutti questi gas, immessi nell'atmosfera, reagiscono
con il fapor acqueo e si trasformano nei rispettivi acidi che ricadono al
suolo disciolti nelle gocce di pioggia. Anche alcuni metalli pesanti sono
in grado di contribuire all'acidità della pioggia (Pb, Hg e Cd), molecole
organiche come le aldeidi, alcuni idrocarburi incombusti che formano
la fuliggine e le ceneri volatili ed i composti ossidanti derivati da
processi fotochimici (smog). Alcuni tra questi composti possono
entrare nell'atmosfera anche per fenomeni naturali (eruzioni vulcaniche,
incendi, decomposizione microbica della materia organica), ma l'enorme incremento
recente della loro emissione, responsabile delle piogge acide in molte regioni
dell'emisfero settentrionale, è sicuramente il prodotto delle attività umane.
I carotaggi di ghiaccio delle calotte polare mostrano che il pH delle acque
meteoriche ha cominciato ad amentare a partire dalla prima rivoluzione industriale,
mentre prima era sempre intorno alla neutralità. I monitoraggi effettuati a
partire dagli anni cinquanta mostrano che il pH delle acque piovane è
diminuito sensibilmente, in particolare a livello delle regioni più
industrializzate, scendendo da circa 7 a valori medi compresi tra 2 e 5.
Gli effetti delle piogge acide sono particolarmente gravi sugli ecosistemi forestali
dell'Europa e dell'America centro settentrionale, anche per il loro impatto particolarmente sensibile
sull'aumento del grado di acidità dei suoli. Essi si manifestano anche a
grande distanza dalle sorgenti d'inquinamento perchè il vapore acqueo inquinato
entra nel ciclo climatico generale. Le piogge acide sono, in sostanza, una tipica
forma di inquinamento transfrontaliero. Le sorgenti d'inquinamento
sono rappresentate principalmente dal traffico veicolare, dalle industrie
petrolchimiche e dalle centrali termoelettriche che assorbono una grossa
quota del consumo di carburanti fossili. Paradossalmente, lo stesso innalzamento
dell'altezza dei camini delle ciminiere, se da una parte ha ridotto l'aumento
della concentrazione locale di inquinanti, ne ha esaltato il trasporto
transfrontaliero favorendone la dispersione nella troposfera.
Le piogge acide hanno diversi effetti dannosi, in particolare sul
suolo e sulle aree lagunari di piccola o media dimensione.
L'aumento dell'acidità dell'acqua danneggia irreversibilmente gli
ecosistemi palustri e lagunari; quando il pH passa da 7 a 6, le popolazioni
di pesci cominciano a declinare; quando scende sotto tra 5 e 4, l'acidità aumenta la
solubilità dei metalli pesanti determinando un aumento della concentrazione
di cadmio, manganese, mercurio e alluminio dei quali i sedimenti argillosi
sono molto ricchi.La presenza di questi metalli, a pH inferiore a 4, provoca
la morte di tutti gli organismi acquatici. L'alluminio, in particolare, interferisce
con la riproduzione dei pesci e danneggia le branchie; i precipitati salini fi fosfato di alluminio
riducono la produttività primaria limitando il cibo disponibile; l'abbassamento
del rapporto fotosintesi/respirazione tende a consumare l'ossigeno disciolto
provocando l'asfissia della comunità biotica.
Le aree più a rischio di piogge acide sono quelle vicino alle sorgenti inquinanti e
quelle in cui la circolazione atmosferica tende a trasportare gli inquinanti. Il 20%
dei laghi scandinavi risultano irreversibilmente danneggiati (desertificati) dalle piogge acide
di origine centro europea (in particolare dal Bacino della Rhur). Analogamente il Canada
è un'altra regione fortemente colpita. Il recupero di questi ecosistemi è
molto difficile quando non impossibile. L'unico modo di ridurre l'impatto
delle piogge acide è riducendo l'emissione degli inquinanti responsabili
della loro formazione.
Nel caso del suolo si hanno le conseguenze peggiori quando la pioggia
acida colpisce suoli sottili appoggiati direttamente su un letto di
rocce granitiche, ricche di silicati. In questi casi il suolo è già
predisposto ad un aumento di aciditità nel corso della sua evoluzione.
Oltre ad accelerare fortemente tutti i processi di erosione del suolo
produttivo, l'aumento di acidità aumenta la "mobilità" e la "biodisponibilità" di
metalli pesanti, tossici per piante ed organismi del suolo. L'acidità,
combinata all'aumento di metalli pesanti, danneggiano direttamente i tessuti
delle piante, le sensibilizzano agli agenti patogeni ed allo
stress ambientale con effetti disastrosi su interi ecosistemi forestali.
Il monitoraggio delle piogge acide può essere effettuato attraverso registrazioni su campioni
rappresentati da un numero il più elevato possibile di siti significativi. In
Inghilterra, per es., il laboratorio di Warren Spring ha installato 1160
siti di monitoraggio su tutto il territorio nazionale.
I paesi europei, entro il 2003, dovrebbero conformarsi alla EC Framework
Directive (84/360/EEC) che definisce i limiti per le emissioni articolandone
in tre fasi il raggiungimento.
L'italia dovrebbe ridurre le proprie emissioni di SO2 e di
NOx, rispettivamente del 70% e del 40% rispetto ai livelli
del 1980; tali riduzioni interessano solo le centrali termoelettriche, ma
non sono vincolanti per il traffico veicolare che produce rispettivamente
il 35% e il 40% della anidride solforosa e degli ossidi di azoto complessivamente
emessi nell'atmosfera.
Note
*Biosfera è il nome dato all'intero ecosistema terrestre
*La traspirazione è l'evaporazione attraverso le foglie (strato
arboreo) dell'acqua assorbita dalle radici.
*Di questi ne vengono consumati 3500: 2100 principalmente per
l'agricoltura.