Acqua

 

Introduzione

L'acqua è il liquido più comune sul nostro pianeta ed il più importante per tutte le forme di vita. Costituisce il mezzo di dispersione per tutte le reazioni biochmiche dei processi biologici e prende parte in molte di queste reazioni. E' il composto più abbondante sulla superficie della terra e si trova negli oceani (97.13%), nelle calotte polari (2.24%), nelle acque profonde (0.61%) e inquelle superficiali (0.02%) (Eisenberg and Kauzman, 1969; Franks, 2000). L'acqua che si trova in natura è una soluzione che contiene non solo molecole di acqua ma anche sostanze chimiche (ioni inorganici, gas disciolti e composti organici disciolti), materiale solido (colloidi, limo e solidi sospesi) e materiale biologico (batteri e virus). La struttura dell'acqua, pur naturalmente semplice, possiede caratteristiche fisico-chimiche uniche che hanno un significato pratico per l'approvvigionamento dell'acqua, per la sua qualità e per i trattamenti a cui viene sottoposta (Crittenden et al., 2005).

L'acqua interviene in modo significativo nel dare forma al paesaggio. Attraverso i processi di erosione, sedimentazione e trasporto, l'acqua dà origine a molte caratteristiche conformazioni della superficie terrestre come valli, pianure alluvionali, delta dei fiumi, spiagge e grotte sotterranee.

 

Acque superficiali

Le acque superficiali comprendono i torrenti, i fiumi, i laghi, i bacini e le paludi. Le acque superficiali e gli ecosistemi ad esse associate forniscono l'habitat in cui vivere a molte specie animali e vegetali.

I corsi d'acqua costituiscono una parte dinamica dell'ambiente e sono un buon indicatore di quello che accade all'interno di un bacino. I flussi all'interno di un bacino sono determinati dalle acque provenienti da monte, dai canali, dalle pianure alluvionali, dalle terrazze, dai laghi interconnessi, dagli stagni, dalle paludi e dalle acque profonde (Fig. 1).

                                         

                                          Figura 1: Illustrazione di un bacino di drenaggio

Un bacino idrografico è la superficie di terra drenata da un corso d'acqua. Il termine spartiacque si riferisce normalmente all'intero bacino di drenaggio. Le caratteristiche fisiche di un bacino (uso del suolo, tipo di suolo, geologia, vegetazione, pendio e aspetto) e il clima controllano la quantità e la qualità dell'acqua che scorre al suo interno. Variazioni in una qualsiasi di queste caratteristiche posson avere un influsso sulla quantità e la qualità delle acque. Ad esempio, la rimozione della vegetazione dovuta a cause naturali come gli incendi può modificare l'immagazzinamento dell'acqua e le proprietà di infiltrazione dell'acqua all'interno di un bacino. Dal momento che le aree interessate dal passaggio del fuoco contengono meno vegetazione la quantità di acqua che ruscella dalla superficie verso i corsi d'acqua aumenta e così accade anche per l'erosione. In occasione di piogge violente l'aumento di ruscellamento ed erosione possono dare origine a inondazioni, smottamenti e ad un peggioramento della qualità dell'acqua.

L'acqua ricerca il cammino che opponga la minore resistenza possibile. Nel momento in cui l'acqua scorre attraverso un bacino, raccoglie e deposita sedimenti, particelle di suolo e roccia, creando dei corridoi di flusso. Questi corridoi, che consistono in canali, argini e pianure alluvionali sono modificati dalle attività della natura e dell'uomo che hanno luogo all'interno del bacino. I processi fisici correlati al trasporto e alla deposizione dei sedimenti sono critici per la formazione dei corridoi di flusso. Il trasporto dei sedimenti all'interno e da un bacino è uno dei principali processi che contribuiscono al modellamento della superficie terrestre. Le particelle che compongono i sedimenti vengono classificate in base alle dimensioni, le più piccole costituiscono le argille, le più grossolane la pietre. La particelle più piccole sono solitamente portate in sospensione mentre il materiale più grossolano si muove sul letto dei canali attraverso rotolamento, scivolamento o rimbalzando.

 

Falde freatiche

Le falde freatiche si trovano un po' dappertutto al di sotto della superficie terrestre. Sebbene l'acqua di superficie sia attualmente la fonte di approvvigionamento idrico più utilizzata, le falde freatiche forniscono circa il 50% dell'acqua potabile negli Stati Uniti e vengono anche utilizzate a scopi irrigui.

La disponibilità di falde freatiche come risorsa idrica dipende largamente dalla geologia della superficie e della sotto-superficie così come dal clima. La porosità e la permeabilità di una formazione geologica determinano la sua capacità di trattenere e di far passare l'acqua (Fig. 2).

                          

                               Figura 2: Porosità e permeabilità di una formazione geologica

La porosità viene misurata come rapporto tra gli spazi vuoti e il volume totale di materiale solido e si  misura normalmente in percentuale. La sabbia non consolidata e la ghiaia rendono molto produttive le falde acquifere dal momento che possiedono al loro interno molti vuoti ben collegati tra loro. Se le particelle di sabbia e ghiaia che costituiscono la falda sono tutte più o meno della stessa dimensione, i vuoti riempiti d'acqua tra gli elementi rocciosi rappresentano una porzione maggiore del volume della falda rispetto ad una situazione in cui gli elementi fossero di dimensioni più eterogenee. Di conseguenza, una falda acquifera composta da elementi con dimensioni uniformi possiede una maggiore porosità rispetto ad una composta da materiale di differente grandezza.

La permeabilità è la misura dell'abilità dei fluidi di muoversi attraverso formazioni geologiche. Le formazioni geologiche con un'alta permeabilità possono essere le migliori falde acquifere. Se l'acqua deve muoversi attraverso la falda acquifera, i vuoti e le cavità interni devono essere collegati. Le formazioni geologiche possono essere caratterizzate da una porosità significativa e non essere falde di buona qualità nel caso in cui gli spazi vuoti non siano collegati, o tali spazi siano troppo piccoli.

Alcune rocce sedimentarie come l'arenaria e il calcare possono dare origine a falde acquifere di buona qualità. La permeabilità del calcare è dovuta alle fratture e dalle aperture causate dal dissolvimento della roccia operata dall'acqua. Tali aree sono denominate "carsiche", in cui il paesaggio è caratterizzato dalla presenza di doline, inghiottitoi e canali sotterranei.  

La maggiorparte delle rocce ignee come il granito e le rocce metamorfiche (es. quarzite) possiedono una porosità molto bassa e danno origine a falde acquifere di basa qualità anche se possiedono fratture interconnesse. L'acqua, all'interno della falda, si muove da zone di ricarica a zone di scarica. La ricarica delle acque profonde deriva dalle precipitazioni che si infiltrano nel suolo o che percolano dal fondo delle acque superficiali come laghi e corsi d'acqua. Le aree di scarica includono corsi d'acqua, laghi, paludi, aree costiere, sorgenti o i punti in cui la falda freatica viene intercettata da pozzi.

 

Problemi di natura ambientale

Le problematiche ambientali correlate alle acque derivano da eventi naturali e dalle attività umane. Le nostre città si sono sviluppate in prossimità di fonti di acqua potabile e lungo i fiumi per motivi di trasporto.

Eventi naturali, come le inondazioni, la siccità e i cambiamenti della qualità dell'acqua possono causare problemi agli essere umani. Molti impieghi delle acque da parte dell'uomo necessitano la modificazione del corso naturale delle acque attraverso la costruzione di dighe, canali e il pompaggio di acque di falda. Tali cambiamenti portano benefici alle persone, ma possono anche ripercuotersi sull'ambiente. Gli usi di tipo civile, industriale o agricolo delle acque possono degradare la qualità dell'acqua e causare problemi ambientali. 

 

Riferimenti bibliografici

  • Crittenden J., R.R. Trussell, D.W. Hand, K.J. Howe and G Tsobanoglous (2005). Water Treatment: Principles and Design, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN: 978-0-471-11018-7.
  • Eisenberg, D. and W. Kauzman (1969). The structure and properties of water, Oxford University Press, New York and London, ISBN 0-19-857026-0.
  • Franks F. (2000). Water: A Matrix of Life, 2nd ed. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
  • South African Water Quality Guidelines (1996), Department of Water Affairs and Forestry Second edition, ISBN 0-7988-5338-7.
  • Vandas S.J., T.C. Winter and W.A. Battaglin (2002). Water and the environment. American Geological Institute in cooperation with Bureau of Reclamation, National Park Service, U.S. Army Corps of Engineers, USDA Forest Service, U.S. Geological Survey, ISBN: 0-922152-63-2.