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Le stranezze dell'acqua - Giorgio Nebbia -

L'acqua è una cosa più strana di quanto possa indicare la sua formula acca-due-o: la più importante e diffusa sostanza liquida della Terra, ci tiene nascosti ancora molti misteri, fra questi l'origine delle proprietà terapeutiche, supposto che esistano, delle acque "minerali".

Ma cominciamo a guardare in faccia questa acqua: la sua formula chimica indica che la MOLECOLA dell'acqua è costituita da due atomi di IDROGENO (H) e un ATOMO di ossigeno (O). Come è noto, gli atomi sono legati fra loro da forze che si chiamano, per semplicità, "legami": è come se l'ATOMO di ossigeno legasse a se - con una specie di filo immaginario - un ATOMO di IDROGENO da una parte e un ATOMO di IDROGENO dall'altra. I moderni strumenti della chimica fisica consentono di misurare con grande precisione sia la distanza fra ciascun ATOMO di
idrogeno e quello di ossigeno, sia l'angolo idrogeno-ossigeno-idrogeno. Appare così che gli atomi dell'acqua sono disposti a V con un angolo di circa 105 gradi.

Ma l'esame di una sola MOLECOLA non fornisce alcuna informazione; ogni grammo di materia contiene miliardi di miliardi di miliardi di molecole disposte in tutte le direzioni dello spazio a tre dimensioni. E' così possibile accertare che ciascun ATOMO di IDROGENO è legato non solo con un "filo" all'ATOMO di ossigeno della sua molecola, ma, come dire ?, con fili più sottili e lunghi con gli atomi di ossigeno delle molecole di acqua adiacenti. E' come se l'acqua fosse un grande aggregato in cui tutti gli atomi sono legati a quelli vicini sia con legami normali, sia con "legami idrogeno".

Addirittura gli atomi di IDROGENO dell'acqua formano dei "legami idrogeno" con gli atomi di ossigeno di qualsiasi MOLECOLA con cui l'acqua venga a contatto. L'esistenza dei legami IDROGENO permette di comprendere molti importanti fatti della natura. Prendiamo per esempio un pezzo di vetro e appoggiamo sopra il vetro una goccia di acqua; se il vetro è pulito l'acqua si stende in un sottilissimo strato. Il vetro è costituito principalmente da silice, una MOLECOLA costituita da un ATOMO di silicio che lega due atomi di ossigeno, molto ricca, cioè, di ossigeno; gli atomi di IDROGENO dell'acqua, che hanno una grande affinità per l'ossigeno, tendono a formare dei legami IDROGENO con gli atomi di ossigeno della silice del vetro e si stendono quanto più possibile sulla superficie del materiale. Potremmo dire, un po' scherzando, che gli atomi di IDROGENO "amano" gli atomi di ossigeno della silice, che l'acqua "ama" il vetro e quindi tende ad aderire il più possibile ad esso. Un po' più seriamente si dice che l'acqua "bagna" il vetro.

Fate lo stesso esperimento con un foglio di plastica: vedrete che la goccia di acqua resta compatta, non si disperde sulla plastica e non la "bagna"; la maggior parte delle materie plastiche, infatti, sono costituite da molecole ricche di IDROGENO e CARBONIO e prive di ossigeno e quindi gli atomi di IDROGENO dell'acqua non sanno a chi attaccarsi al di fuori degli atomi di ossigeno delle altre molecole di acqua. La forma sferica della goccia d'acqua è anzi quella che corrisponde al massimo grado di aderenza "interna" degli atomi di IDROGENO e di ossigeno.

Questa proprietà dell'acqua ha una importanza pratica enorme; se osservate la pioggia che cade sul terreno vedrete che l'acqua si infiltra sul terreno, fatto di argille dei silicati e carbonati, tutti materiali ricchi di ossigeno. L'acqua aderisce bene, quindi, alle molecole dei
costituenti del terreno e, anche per la forza di caduta di ciascuna goccia d'acqua, aggredisce e disgrega le rocce e i minerali del suolo. Le particelle che si formano dalla disgregazione dei componenti del terreno vengono tenuti in sospensione dall'acqua che li trascina a valle.

Nei miliardi di anni della storia della Terra l'acqua lentamente ha attaccato e disgregato anche le rocce più dure e resistenti: i prodotti dell'erosione delle rocce, trascinati in basso, hanno lentamente formato le grandi pianure fertili alluvionali. L'acqua si raccoglie, per lo stesso motivo, in mezzo alle rocce del sottosuolo formando le grandi falde acquifere da cui sorgono i fiumi, da cui possiamo trarre acqua utile per le nostre necessità.

Il petrolio e gli idrocarburi, invece, non avendo affinità per l'ossigeno, si aggregano in grandi depositi o sacche sotterranei e qui li troviamo, capricciosamente distribuiti nelle varie parti del pianeta in generale "galleggianti" sull'acqua sotterranea e con essa immiscibile. Se l'acqua o gli idrocarburi avessero avuto proprietà differenti, il petrolio e il GAS NATURALE si sarebbero dispersi nel sottosuolo in ben altra maniera e non avremmo neanche avuto idea della loro esistenza, così fondamentale per le società industriali.

Ma siamo appena all'inizio delle sorprese. L'esistenza della vita è legata all'acqua liquida e l'esistenza dell'acqua liquida è legata alla temperatura a cui si trova la Terra. La temperatura media della Terra è circa 15 gradi Celsius (equivalenti a 298 gradi della scala delle temperature "assolute"). Rispetto agli spazi interplanetari circostanti, che sono alla temperatura di circa zero gradi assoluti, la Terra è molto calda; rispetto alla temperatura della superficie del Sole, che è di circa 5000 gradi, la Terra è freddissima; per non parlare della temperatura all'interno delle stelle che è di milioni di gradi.

La vita avrebbe potuto manifestarsi soltanto su un corpo celeste in cui l'acqua può essere allo stato liquido: se la temperatura media della Terra fosse di qualche grado sotto zero Celsius, l'acqua sarebbe solida e non ci sarebbe vita; se fosse al di sopra di 40 o 50 gradi Celsius gran parte dell'acqua degli oceani evaporerebbe e si disperderebbe nell'atmosfera. 15 gradi Celsius rappresentano la temperatura media "giusta" e non doveva essere molto diversa da questa quando la Terra si è formata, quattro miliardi e mezzo di anni fa, nel sistema solare; la superficie della Terra era priva di acqua e i gas dell'atmosfera erano certamente diversi da quelli attuali.

Mentre oggi l'atmosfera contiene azoto e ossigeno e piccole quantità di altri gas, all'inizio probabilmente conteneva idrogeno, ammoniaca, METANO, ossido di CARBONIO, piccole quantità
di acqua allo stato di vapore: era, insomma, povera di ossigeno. L'acqua si è formata dalla decomposizione delle rocce interne della Terra che, nel loro raffreddamento, hanno liberato l'acqua delle loro molecole; tale acqua lentamente si è dispersa nella rocce terrestri ed è arrivata sulla superficie del nostro pianeta.

Che sfortuna non avere informazioni sui fenomeni che si sono verificati in tempi così lontani! Non possiamo fare altro che immaginarli. Quando la concentrazione dell'acqua nell'atmosfera è stata abbastanza elevata una goccia di acqua liquida si deve essere separata dall'atmosfera e deve essere ricaduta sulla superficie terrestre; probabilmente è ben presto rievaporata e poi altra acqua si è formata allo stato liquido ed è caduta sulla superficie delle terre. Una specie di pioggia durata i primi uno o due miliardi di anni della Terra, con un continuo ciclo di evaporazioni e precipitazioni. L'acqua cadendo sulla Terra ha cominciato a bagnare e poi a disgregare le rocce fino a raccogliersi in qualche avvallamento formando le prime pozze di acqua, che si sarebbero poi lentamente trasformate in laghi, mari e oceani. L'inizio della storia della Terra, la preparazione dello scenario in cui si sarebbe formata la vita, è durato circa due miliardi di anni: un tempo così lungo che corrisponde a un cinquecentomila volte il tempo intercorso dai Faraoni ad oggi.

Per tutto questo tempo l'acqua ha continuato a liberarsi dalle rocce del magma interno, a filtrare sulla superficie della Terra, ad evaporare e a condensarsi e a scorrere sulla superficie della Terra e ad accumularsi nei mari; nel suo moto sulla superficie della Terra l'acqua ha disciolto le sostanze solubili e le ha portate negli oceani. Per questo troviamo oggi nell'enorme massa degli oceani e dei mari delle quantità altrettanto enormi di sali disciolti, cloruro sodico e cloruri di potassio e magnesio, prima di tutti, ma grandissime quantità anche di tutti gli elementi noti in natura, provenienti appunto dall'erosione svoltasi in tempi lontanissimi.

Il grande movimento di acqua dagli oceani, all'atmosfera, alle terre emerse, di nuovo agli oceani, rappresenta il "ciclo dell'acqua" e si svolge ancora sotto i nostri occhi, tutti i giorni.

Il ciclo dell'acqua è basato proprio su un'altra delle qualità strane di questa MOLECOLA davvero "unica". Il grande motore del ciclo dell'acqua è rappresentato dall'energia solare che assicura l'evaporazione, cioè il passaggio dell'acqua dallo stato liquido allo stato di gas, di vapore. Poiché il VAPORE ACQUEO ha una densità minore di quella dell'aria tende a salire, miscelandosi con l'aria, e a circolare nell'atmosfera del pianeta. Quando l'aria ricca di VAPORE ACQUEO incontra delle zone fredde l'acqua passa di nuovo dallo stato di vapore allo stato liquido e ricade sulla Terra, in genere in una zona diversa da quella in cui è evaporata. Il ciclo dell'acqua, insomma, permette lo spostamento dell'acqua dagli oceani alle terre emerse, assicura la pioggia nelle zone aride e la fertilità delle terre coltivate.

Ma i "miracoli" dell'acqua non sono finiti; l'acqua è la MOLECOLA che ha la capacità, più di qualsiasi altra, di assorbire grandi quantità di calore quando evapora e di restituire grandi quantità di calore quando condensa. Così, nelle zone calde l'acqua evapora portando via calore alle zone circostanti ed esercitando un effetto di raffreddamento della terra; l'acqua condensa nelle zone fredde e, nel momento in cui passa dallo stato gassoso a quello liquido, restituisce il calore prima assorbito e scalda le zone fredde del pianeta.

Per le sue qualità termodinamiche l'acqua non solo assicura il materiale essenziale per la vita, ma esercita una azione di termoregolatore e contribuisce a tenere la temperatura "media" del pianeta intorno, come si è ricordato, a circa 15 gradi Celsius. Nelle zone molto fredde della Terra l'acqua liquida si trasforma in acqua solida, cioè in ghiaccio. Ebbene l'acqua è una delle poche sostanze che, allo stato solido, hanno una densità inferiore a quella che hanno allo stato liquido. Il ghiaccio, perciò, galleggia sull'acqua e, nei mari polari, protegge l'acqua liquida sottostante impedendole di diventare solida e consentendole di continuare ad ospitare le forme di vita.

L'acqua ha avuto un ruolo essenziale anche nella comparsa della vita sulla Terra. Sotto l'azione della radiazione ultravioletta solare e delle scariche elettriche l'acqua si è combinata con gli altri componenti dell'atmosfera primitiva: ossido di CARBONIO, idrogeno, ammoniaca, METANO. Essa ha fornito l'idrogeno e l'ossigeno che si sono combinati col CARBONIO del METANO e con l'ammoniaca dell'aria per formare, sotto l'azione delle scariche elettriche e dei raggi ultravioletti del Sole, le prime molecole organiche semplici. Secondo una fortunata immagine coniata dal biologo sovietico Oparin (1894-1980), l'acqua degli oceani primitivi è diventata una specie di "brodo caldo" pieno di molecole che, col passare del tempo, si sono trasformate in molecole sempre più complesse e simili a quelle che troviamo in tutti gli esseri viventi, proteine, soprattutto. Questa prima fase delle reazioni primitive è stata riprodotta in laboratorio; non si riesce invece a sapere come e quando le molecole del brodo primitivo hanno acquistato la capacità di riprodursi, hanno dato luogo alla vita.

E' comunque certo che grazie all'acqua e dentro l'acqua si sono formati i primi esseri viventi. Come fossero le prime forme di vita è difficile dire; quasi certamente erano alghe microscopiche, almeno a giudicare dalle tracce fossili scoperte in rocce di tre miliardi e mezzo di anni fa. Nei mari e nell'acqua, quasi certamente, si sono sviluppate forme più progredite di vita, fino a che qualche pianta o animale si è trasferito sulla terraferma e ha cominciato a diventare una forma di vita terrestre.

A parte il suo straordinario ruolo biologico l'acqua è essenziale per bere, per le industrie, per ottenere energia elettrica, per tutte le attività umane. L'acqua utile all'uomo deve essere povera di sali - deve essere acqua dolce - e viene tratta dai fiumi, dai pozzi, dalle sorgenti. L'acqua è una risorsa naturale rinnovabile: ogni anno, cioè, sulla Terra nel suo complesso, in media, ricade esattamente la stessa quantità di acqua che evapora.

Eppure l'acqua in molte zone della Terra risulta scarsa; i fiumi inquinati non sono in grado di fornire acqua dolce di qualità accettabile, le falde sotterranee si abbassano rapidamente e sono anch'esse contaminate, le bizzarrie del clima provocano scarsità di pioggia per lunghi periodi. Negli ultimi decenni del Novecento si sono fatti sempre più frequenti i segnali preoccupanti di scarsità dell'acqua: la siccità nelle fertili pianure degli Stati Uniti, la scarsità di acqua in Puglia e in Sicilia.

Quale sarà il futuro? Veramente il futuro dell'acqua, al di là delle oscillazioni occasionali climatiche, è già stato scritto, è prevedibile abbastanza bene. Nel corso degli anni cinquanta del Novecento sono state condotte in tutto il mondo ricerche sul futuro dell'acqua; il presidente degli Stati Uniti Kennedy aveva lanciato una grande campagna mondiale per l'aumento delle risorse idriche; alla fine degli anni sessanta del secolo scorso si tenne una conferenza mondiale negli Stati Uniti sull'acqua nel ventunesimo secolo; nel 1976 le Nazioni Unite hanno tenuto una conferenza sull'acqua a Mar del Plata. L'anno 2003 è stato dichiarato "anno mondiale dell'acqua".

Tutti gli studi sono concordi nell'indicare un futuro in cui l'acqua diventerà sempre più scarsa e preziosa e costosa. Ciò deriva dall'uso distorto che gli esseri umani ne fanno. Le acque superficiali e sotterranee, cioè i grandi serbatoi di acqua dolce per l'umanità sono diventati, negli ultimi decenni, il ricettacolo dei rifiuti urbani e industriali e anche dei prodotti usati in agricoltura; l'acqua contenuta in questi grandi serbatoi naturali spesso risulta inadatta per bere. Ed ecco che l'attenzione per i problemi ecologici ci appare non un capriccio di anime belle, ma un impegno da cui dipende la stessa sopravvivenza della vita sulla Terra.

Si parla sempre più spesso del pericolo che la temperatura media della Terra aumenti al di sopra del valore medio attuale, di 15 gradi Celsius, per un uso eccessivo e distorto dei combustibili. Se la temperatura aumentasse sarebbe l'acqua la prima a fare sentire i suoi effetti devastanti. Se le grandi masse di acqua solida dei ghiacci polari cominciassero a sciogliersi, il livello degli oceani aumenterebbe e molte città costiere verrebbero allagate.

Un altro dramma si verificherebbe se la temperatura della Terra diminuisse e una parte degli oceani si trasformasse in masse di ghiaccio.

Insomma una pur rapida conoscenza delle proprietà straordinarie dell'acqua ci mostra in maniera ben chiara che viviamo su un fragile pianeta e certe nostre azioni possono avere effetti devastanti sugli equilibri nei quali l'acqua ha un ruolo centrale.

Non basta: proprio per le sue proprietà l'acqua può avere un effetto distruttivo anche sulla superficie della Terra. Si è prima ricordato l'effetto di disgregazione e erosione dell'acqua sul terreno e sulle rocce. Lo sfruttamento del suolo sempre più intensivo - per motivi "economici", per l'agricoltura, per l'edilizia, in una visione miope - lascia il suolo non protetto e esposto all'azione dell'acqua che è capace, con la sua forza, di spostare grandi masse di terreno sotto forma di frane, che riempie con i prodotti dell'erosione il letto dei fiumi sempre più esposti ad alluvioni. L'effetto erosivo dell'acqua viene accelerato dalle opere idrauliche sbagliate; dai muraglioni di cemento che pretendono di imbrigliare il moto dell'acqua e lo rendono, invece, più dannoso; dall'escavazione della sabbia nell'alveo dei fiumi.

L'effetto erosivo delle acque aumenta se si tagliano i boschi e la vegetazione, la più sicura forma per rallentare la forza di attacco delle piogge sul suolo; aumenta se si spianano gli avvallamenti, se si cementifica il terreno. Quante volte si vedono, anche nelle campagne, case i cui proprietari distruggono qualsiasi forma di macchia e vegetazione, stendono cemento o asfalto per far arrivare l'automobile fino alla soglia di casa!

Le frane e le alluvioni non sono dovute al fatto che l'acqua è nostra nemica; le nostre scelte sbagliate, miopi, ignoranti, consumistiche, sono loro nemiche dell'acqua le cui leggi naturali sono quelle su cui vanno regolati il comportamento e le leggi umane.

Infine va ricordato che in molte zone viene fatto un uso distorto, eccessivo dell'acqua: si può e si deve avere lo stesso livello di progresso consumando "meno" acqua. Lo spreco dell'acqua deriva dal fatto che l'acqua potabile e industriale costa "troppo poco" e mancano così gli incentivi a risparmiarla; si potrebbe produrre merci usando meno acqua e riutilizzando le acque usate; si potrebbe usare meno acqua nelle case e negli elettrodomestici, a parità di effetto, con adatte innovazioni tecniche.

Si potrebbe, infine, "fabbricare" nuova acqua dolce per dissalazione dell'acqua di mare. In molte zone costiere prive di acqua dolce siamo circondati da quantità enormi di acqua salina del tutto inutilizzabile per fini umani, per bere, per l'irrigazione. Vengono così alla mente le parole della "Ballata del vecchio marinaio" di Coleridge: "Acqua, acqua dovunque e non una goccia da bere".

Eppure sono note varie tecniche che consentono di separare l'acqua dai sali presenti nel mare ricuperando acqua dolce priva o povera di sali; i sistemi di dissalazione richiedono energia, ma il vantaggio dell'acqua dolce è così grande da giustificare costi anche elevati. Con gli attuali sistemi di dissalazione basati sul calore o sull'energia elettrica un metro cubo, cioè mille litri di acqua dissalata ottenuta dal mare costano - in moneta odierna circa un euro e mezzo; mille litri di acqua potabile distribuita dagli acquedotti urbani costano fra uno e 1,5 euro; 1000 litri di acqua "minerale" in bottiglia costano da 100 euro in su.

Le opere per aumentare le risorse idriche - per esempio una nuova diga o una nuova condotta di acqua - costano miliardi di euro; con spese molto inferiori si potrebbero costruire impianti di dissalazione capaci di "fabbricare" nuova acqua dolce dal mare utilizzando anche calore di rifiuto o di scarto, e senza togliere l'acqua ad altre zone.

Come si vede sull'acqua l'umanità si confronta nella più grande sfida tecnico-scientifica della sua storia. La sostanza apparentemente più banale è la più strana e misteriosa e indispensabile: cerchiamo di ricordarcene ogni volta che sprechiamo l'acqua, ogni volta che sporchiamo, come individui e come collettività, l'acqua che ci circonda.