L'idrosfera: caratteristiche, alterazioni e prospettive

u Che cos'è l'acqua?

L'acqua, quella che impropriamente chiamiamo elemento, è -invece- un composto: due molecole di idrogeno e una di ossigeno nell'unica formula chimica che tutti conoscono per averla imparata ai primi anni di scuola. Un composto apparentemente molto noto, ma, in realtà, non ancora ben compreso nell'unicità della sua "vicenda privata". Tanto per cominciare, quando diventa solida non diminuisce di volume, come tutti i liquidi, ma aumenta; poi, possiede legami chimici così particolari al suo interno che davvero non sembra possibile che gli uomini ne sappiano ancora così poco dopo averla utilizzata da così tanto tempo. L'acqua è il sangue della Terra, è in continuo movimento ed è la responsabile delle mutazioni ambientali e planetarie, è la prima cosa che si cerca sulla Luna o su Marte, eppure è straordinario come gli uomini non si rassegnino alla dominanza dell'acqua, tanto da aver chiamato paradossalmente "Terra" un pianeta che, per la maggior parte, almeno in superficie, è coperto di acqua.

u I legami dell'acqua

La forza e la particolarità dell'acqua stanno nei legami chimici fra gli atomi che ne compongono la molecola. La molecola dell'acqua risulta come piegata, con i due legami fra ossigeno e idrogeno aperti a formare un angolo maggiore di 100°. A questo sistema si aggiungono due coppie di elettroni solitarie che si distaccano dal nucleo centrale dell'ossigeno e, insieme ai due nuclei di d'idrogeno, danno al complesso la forma tetraedrica responsabile delle sue caratteristiche chimico-fisiche. Ogni singola molecola d'acqua si lega a un'altra tramite particolari legami di natura chimica noti come ponti idrogeno, cosa che la differenzia da tutti gli altri liquidi, ma che da sola non basta per renderla unica, che non spiega, cioè, la sua maggiore densità rispetto al ghiaccio oppure la sua grande capacità di assorbire calore. Il segreto dell'acqua non sta tanto nelle forze repulsive a livello atomico che in genere governano i liquidi, quanto piuttosto in quelle attrattive che fanno in modo che ogni atomo di ossigeno si trovi al vertice di una struttura tetraedrica, che donano all'acqua una struttura insolitamente ordinata per un liquido, molto più simile a un cristallo che non a un gas. Naturalmente ogni modello di struttura dell'acqua è complicato dal fatto che si tratta di schemi statici costretti però a descrivere un quadro dinamico in incessante mutamento.

I modelli elaborati al computer indicano che le molecole dell'acqua formano una specie di rete continua, ma disordinata e in perenne movimento, in cui ogni molecola si collega al massimo con altre cinque molecole. Allo stato liquido, la rete è deformata e più difettosa rispetto a quella del ghiaccio, le molecole riescono a occupare alcuni spazi che nello stato solido restavano invece vuoti: così si spiega la maggiore densità dell'acqua liquida rispetto alla sua fase solida. La capacità di coesione dell'acqua è alla base delle sue proprietà: i ponti idrogeno conferiscono all'acqua la forma giusta per espandersi nello spazio come nessun altro liquido e per conquistare la terza dimensione.

 u L'acqua del sistema solare

Su un pianeta diverso, tra quelli conosciuti, il diluvio non sarebbe potuto accadere: solo sulla Terra esiste acqua liquida; su Marte e sulla Luna, se c'è, è ghiacciata e solo un'eruzione o l'impatto di un bolide può provocarne il temporaneo scioglimento; sul Sole è gassosa, altrove ancora ghiacciata e "sporca". Prendiamo la Luna, per esempio: nella depressione di Aitkin (presso il polo sud lunare) le sonde Clementine e Lunar Prospector hanno successivamente messo in luce una specie di freezer naturale in cui le temperature si mantengono costantemente attorno ai -230 °C a causa della profondità di oltre 10.000 metri che impedisce l'arrivo dei raggi solari sul fondo. All'interno del cratere (che ha un diametro di 2300 km) c'è un impasto presumibilmente durissimo di ghiaccio e polvere, una specie di stagno fangoso congelato la cui profondità e ancora dubbia (fra 3 e 30 metri) e che potrebbe contenere centinaia di migliaia di metri cubi di acqua.

I dubbi sono ancora molti, infatti gli apparecchi non hanno realmente "toccato" la superficie dello stagno ghiacciato: sono state le sonde che hanno rivelato la presenza di una sostanza che ha una capacità di riflettere le onde dei radar diversa da quella del suolo e delle rocce lunari tutto attorno. Ma sulla Luna non ci sono falde acquifere sotterranee (tutti campioni di rocce lunari analizzati sono "secchi"), nè c'è una circolazione superficiale di acque, e allora da dove proviene quell'acqua? Forse da una cometa che, nell'impatto con la superficie lunare, ha trasformato in acqua il suo corpo di ghiaccio.

Su Marte le evidenze del passaggio di acqua sono clamorose: alvei di corsi d'acqua ormai secchi vengono messi in luce in molte immagini da satellite e dimostrano che, se non oggi, in passato di acqua libera sul pianeta rosso ce ne è stata parecchia. Ma dove è finita l'acqua di Marte? Due enormi calotte glaciali occupano i poli di Marte e conservano ghiacciata tutta l'acqua del pianeta a causa della temperatura superficiale molto bassa (attorno ai -50 °C). Un'eruzione vulcanica o l'impatto con una meteorite possono temporaneamente sciogliere grossi volumi d'acqua e farla scorrere per centinaia di metri o addirittura per chilometri, fino a quando si ghiaccerà di nuovo, magari dopo essersi concentrata in un piccolo lago.

In definitiva l'acqua della Terra è, per il momento, davvero unica nel sistema solare, condiscendente, mobile, trasparente, senza sapore, ma ottima al gusto, alla base della vita pratica di tutti i giorni eppure ultraterrena nello stesso tempo, pura e decisamente "simpatica".

u L'origine dell'acqua

Per molto tempo ci si è domandati da dove provenisse l'acqua dell'idrosfera e la risposta è scaturita dall'analisi della composizione delle acque marine. Elementi chimici come cloro, bromo e zolfo sono risultati più abbondanti nell'acqua degli oceani che nella crosta terrestre. Dato che essi rappresentano un prodotto della degassazione dei vulcani - cioè della emissione abbondante di vapore acqueo e gas durante le eruzioni- la loro maggiore abbondanza nel mare potrebbe indicare il fatto che gli oceani sono una conseguenza diretta dell'attività vulcanica della Terra. L'acqua dell'idrosfera e dell'atmosfera dunque può essersi generata per le innumerevoli eruzioni vulcaniche che hanno interessato la Terra dal passato più remoto fino ai giorni nostri e che, in altre ere, dovevano essere più frequenti di oggi.

Ma c'è un'altra possibilità, che l'intera idrosfera si sia generata grazie alle comete provenienti dallo spazio profondo. Un nucleo cometario ghiacciato avrebbe potuto entrare in collisione con la crosta terrestre oltre 3 miliardi di anni fa, quando gli impatti cosmici all'interno del sistema solare erano molto più frequenti, e sciogliersi improvvisamente creando le prime pozze oceaniche e innescando un primo rudimentale ciclo idrologico.

u L'acqua degli oceani

L'idrosfera contiene un'importante riserva di elementi e di composti chimici disciolti di continuo nelle acque che arrivano agli oceani. L'acqua salata è la versione di acqua più comune sulla Terra, visto che il 97% delle acque dell'idrosfera è contenuta negli oceani. Quasi tutti gli elementi conosciuti sono contenuti, magari in piccolissime quantità, nell'acqua del mare, ma è la presenza del sodio, del magnesio, del calcio, del potassio e del cloro che la rende salata. La salinità dell'acqua marina, cioè la quantità di sostanza solida disciolta in un certo volume di acqua, è di circa 35 grammi per ogni litro. Ma anche le acque dolci sono salate, nel senso che contengono sali disciolti, anche se non riescono salate al gusto.

Un'altra caratteristica importante delle acque marine è l'influenza che ha, attraverso il suo ciclo, sul clima della Terra. L'acqua del mare, inoltre, si riscalda lentamente e altrettanto lentamente si raffredda e per questo svolge una notevole azione mitigatrice sulla temperatura.

u La cultura dell'acqua

L'acqua comprende tutto, da Talete agli alchimisti, alle radici dei miti acquatici, ai simboli e all'emotività: tutto per arrivare alla sconcertante conclusione che il liquido più noto è anche il più strano e che più lo studiamo meno lo comprendiamo, come se volesse ancora sfuggirci: non è del resto nella sua natura prendere le forme che ognuno le assegna? I legami chimici che tengono insieme l'idrogeno e l'ossigeno nell'acqua non sono ancora del tutto compresi, soprattutto per quello che riguarda il tipo di forza che li governa. Ma oggi l'acqua della Terra è in pericolo: i ghiacciai montani e continentali si sciolgono, le riserve superficiali e sotterranee diminuiscono rapidamente e spesso vengono deteriorate o inquinate dall'azione dell'uomo che trascura di usarne meno che può e, soprattutto, di restituirla al mondo naturale più vicina possibile allo stato in cui l'ha prelevata.

La salute dell'acqua sulla Terra oggi non è quindi buona, soprattutto nei paesi meno sviluppati: di acqua ce n'è poca, molto spesso cattiva e generalmente poco disponibile: non solo l'acqua da bere, ma anche quella per l'agricoltura che richiede quantitativi molto superiori. In questi casi ci si domanda se davvero non sarebbero stati maggiormente sopportabili alcuni periodi di siccità, piuttosto che lo sconvolgimento ambientale complessivo e il deterioramento delle risorse che hanno provocato, per esempio, le grandi dighe costruite sulla Terra. L'acqua è sforzo tecnologico per ottenerla, ma è soprattutto lotta contro gli sprechi, per evitare che il prossimo secolo sia ricordato come quello delle inondazioni e delle guerre per la sete. In Italia la rete di distribuzione accusa perdite che nessun paese dovrebbe permettersi e che, invece, sono la regola nella maggior parte delle nazioni: oltre il 30% dell'acqua canalizzata va perduta a causa della scarsa manutenzione.