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SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / GEOGRAFIA FISICAGIANMARIO GERARDI – Y04585
Classe scolasticaIII liceo Classico (equivalente V superiore) - Corso di Astronomia e Scienze della terra
Modulo: DINAMICA DELL’IDROSFERA E DELL’ATMOSFERAUnita’ Didattica: Idrosfera: oceani e mariL’unità non comprende le acque continentali che verranno affrontate in una parte separata di geomorfologia.
Motivazioni della scelta- Importanza planetaria dell’acqua, sia come sistema marino che come risorsa potabile;- Studio del pianeta Terra visto nella sua globalità di equilibri e mutamenti;- Argomento con contenuti scientifici generali di rilievo, sia cognitivi che formativi, che giustificano una scansione di 3 ore.
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Scansione temporale1 ora:Idrosfera- Introduzione all’acqua come componente planetaria- Proprietà chimico-fisiche dell’acqua- Concetto di idrosfera e di equilibrio tra gli stati fisici.
1 ora:Mari e oceani: proprietà chimico-fisiche- Introduzione a Oceani e Mari (possibilità di un laboratorio informatico)- Composizione chimica con accenno all’inquinamento come alterazione- Proprietà fisiche: temperatura, densità, pressione.
1 ora:Mari e oceani: moti- Maree- Correnti- Onde.
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Prerequisiti e obiettiviPrerequisiti• Concetti di pressione, temperatura, passaggio di stato e forza di gravità• Concetto di equilibrio dinamico in senso lato (scambio attivo, continuo e variabile)• Molecola dell’acqua, interazione ponte-H e concetto chimico generale di sale, ione e gas.• Significato di dorsale oceanica • Significato di roccia basaltica e roccia sedimentaria• Rotazione terrestre ed effetto Coriolis• Sistema Sole-Terra-Luna.
Obiettivicognitivi• Conoscere le proprietà dell’acqua relative alla sua presenza stabile sul pianeta• Conoscere il concetto di idrosfera e le dinamiche principali dei suoi equilibri• Conoscere le proprietà chimico-fisiche principali di mari e oceani: composizione, salinità
temperatura, densità e pressione• Conoscere le forze e le dinamiche dei tre moti marini principali: onde, correnti e maree.formativi• Pensare l’idrosfera come un elemento unico, in cui i diversi stati fisici dell’acqua sono in
equilibrio dinamico fra loro• Pensare ad un oceano e a un mare identificando alcune differenze specifiche• Intendere l’acqua come un elemento indispensabile alla presenza della vita sul pianeta e
come una risorsa indispensabile per l’umanità• Acquisire una prima consapevolezza rispetto ai grandi rischi legati all’inquinamento delle
acque.
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Idrosfera: oceani e mariIl 70% della superficie del pianeta è occupato da acqua
Stando alle sue peculiarità, forse sarebbe più corretto chiamarlopianeta ACQUA…
(Oppure pianeta VITA… Ovviamente “pianeta TERRA” ci piace molto).
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L’acqua è per il 97,2% salata, raccolta nei mari e negli oceani.
La restante parte di acqua, il 2,8%, è acqua dolce: ►la gran parte di essa è allo stato di ghiaccio (77,4%) ai poli e sui monti; ►il 22,1% è continentale sotterranea; ►lo 0,5% è acqua continentale di fiumi, laghi e acquitrini ►il vapore nell’atmosfera ha una quota di acqua dolce pari allo 0,016%.
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Le proprietà cruciali dell’Acqua: aspetti termiciIl calore specifico dell’acqua è alto:
“la pentola è rovente, ma l’acqua è ancora fredda…”
Effetto “Tampone termico”
Anche il suo calore di evaporazioneè alto:
L’evaporazione di una piccola quantità di acqua asporta una notevole quantità di energia
Effetto “Rinfrescante” dell’evaporazione
Alcune precisazioni:- Il calore (es. la sensazione di caldo) è un trasferimento di energia termica in atto.- L’energia termica è l’energia cinetica media delle particelle (vibr. trasl. rotaz.)- La temperatura è una grandezza scalare che esprime una differenza di energia termica tra due corpi.- Il calore specifico è la quantità di calore necessaria ad innalzare di 1°C la temperatura di 1 g di acqua.- Il calore di evaporazione è la quantità di calore necessaria per evaporare 1 g di acqua.
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Insieme all’acqua liquida, sul nostro pianeta possono convivere anche gli altri stati fisici, quello solido e quello di vapore, grazie a proprietà chimico-fisiche uniche e specifiche della molecola d’acqua.
L’acqua è presente in tutti i suoi stati fisici
Interazioni ponte-HH H O
Vapore acqueo(stato gassoso)
Acqua liquida
Ghiaccio(stato solido)
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La quantità di ENERGIA proveniente dal SOLE
Genera i passaggi di stato dell’acqua e le sue note manifestazioni naturali: ►provoca l’evaporazione (da liquido a vapore); ►induce la solidificazione con la formazione del ghiaccio e della neve; ►la fusione da solido a liquido o la sublimazione da solido a gassoso; ►determina il passaggio di condensazione da vapore a liquido (rugiada)e quello da vapore a ghiaccio (brina)
Produce nei vegetali il fenomeno della traspirazione e dell’assorbimento radicale di acqua.
I passaggi di stato sono continui e in equilibrio dinamico.
Solido Liquido Vapore
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la FORZA DI GRAVITA’
►trattiene i vapori entro l’atmosfera, che quindi non abbandonano mai il pianeta;
►fa riscendere l’acqua dal cielo e dalle quote terrestri maggiori quando è nel suo stato liquido (o solido e cristallino);
►conduce l’acqua ai grandi bacini di raccolta e agli oceani.
I PONTI-H E LE FORZE DI COESIONE
►determinano il fenomeno della risalita capillare dell’acqua contro la gravità:- l’acqua può risalire i terreni fino alle radici delle piante;- l’acqua risale i vasi dei vegetali fino alle foglie dove se ne va di nuovo come gas.
L’acqua dell’idrosfera è in continuo movimento:
L’insieme di tutta l’acqua presente sul pianeta, in tutte le sue forme è chiamata Idrosfera.
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Idrosfera: il movimento dell’acqua è ciclicoIl BILANCIO del ciclo è NULLO
L’acqua dei mari è la culla della vita: ►anche oggi la vita è possibile solo grazie a precisi equilibri tra l’acqua e il pianeta.
L’acqua dolce è una risorsa indispensabile: ►le acque dolci dei ghiacciai e quelle sotterranee sono riserve indispensabili per gli esseri viventi terrestri, compreso l’uomo.
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Idrosfera: Oceani e mari
DenominazioniDistribuzione sul globoDistinzione tra oceano e mare
OceanoATLANTICO
Lavoro con REDSHIFT o in rete con Google earth
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OceanoPACIFICO
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OceanoINDIANO
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Oceanio MARI ?
Fondali geologicamente diversi: ►gli oceani hanno fondali basaltici generati dall’attività delle dorsali ►i mari hanno generalmente fondali di tipo continentale-sedimentario
Profondità > per gli oceani
Estensione > per gli oceani / limitata a bacini continentali per i mari.
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MareGLACIALE ARTICO(Oceano Polare Artico)
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Oceani e mari: salinità e composizione chimica
Le sostanze disciolte nei mari e negli oceani provengono: ►dalla degradazione delle rocce attraverso il trasporto dei fiumi; ►dall’attività vulcanica sottomarina (soprattutto il cloro)
I Sali più importanti:Cloruri (Cl-) Sodio e Magnesio (Na+ Mg++)Solfati (SO4
--) Magnesio, Calcio e Potassio (Mg++ Ca++ K+)Carbonati (HCO3
-) Calcio (Ca++)
Le sostanze vengono anche sottratte da:organismi, sedimentazione, evaporazione:
►ciò che viene asportato equivale circa a ciò che viene immesso.
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La salinità media dei mari è pari a circa il 35‰ (35 g / 1000 g di acqua)I livelli di salinità si muovono quasi in parallelo con l’intensità di evaporazione ►è massima in prossimità dei tropici; ►è minima nelle zone ad intensa piovosità e alle latitudini fredde; ►torna ad aumentare nelle zone di glaciazione a causa del passaggio di stato.
Distribuzione della salinità
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Elementi e Nutrientielemento mg/L
CloroSodioMagnesioZolfoCalcioPotassioBromo CarbonioStronzioBoroSilicioFluoroArgoAzotoLitioRubidio
18.98010.5401.350885400380652884,631,30,60,50,170,12
elemento mg/LIttrioArgentoLantanioCriptoNeonCadmioTungstenoXenoGermanioCromoTorioScandioPiomboMercurioGallioBismutoNiobioTallioElioOro
0,00030,00030,00030,00030,00010,00010,00010,00010,000070,000050,000050,000040,000030,000030,000030,000020,000010,000010,0000050,000004
elemento mg/LFosforoIodioBarioIndioZincoFerroAlluminioMolibdenoSelenioStagnoRameArsenicoUranio NichelVanadioManganeseTitanioAntimonioCobaltoCesioCerio
0,070,060,030,020,010,010,010,010,0040,0030,0030,0030,003 0,0020,0020,0020,0010,00050,00050,00050,0004
Dei 92 elementi della tavola periodica, 84 sono rintracciabili nei mari. Alcuni sono indispensabili alla vita
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Oggi la composizione deve tenere conto di un considerevole apporto di sostanze,
di origine antropica: l’Inquinamento
►Sostanze organiche,►organiche clorurate,►metalli pesanti.Alcune possono entrare anche nella nostra catena alimentare.
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Atmosfera Bicarbonati (HCO3
-)
Fotosintesi acquatica Respirazione
O2< N2> CO2>>
Temperatura Solubilità Respirazione Fissazione Fotosintesi
I GAS disciolti
Nelle acque marine sono disciolti anche piccole quantità di gas. ►provengono per lo più dall’atmosfera; ►la loro concentrazione è proporzionale alla loro solubilità in acqua.
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Proprietà fisiche:Temperatura, Densità, Pressione
0
1000
2000
3000
4000
prof
ondi
tà
Strato superficialeStrato di transizione(per la T° Termoclino)
Temperatura (°C): è in funzione dellaquantità e qualità di radiazione solare in gradodi penetrare l’acqua. Densità (g/cm3): nell’acqua pura è = 1
Salinità (‰)
In uno stesso luogo, Temperatura e Densità si influenzano reciprocamente in realzione anche alla salinità: ►Densità e Salinità variano proporzionalmente, mentre la T° ha andamento tendenzialmente inverso;
►La Pressione è invece funzione quasi esclusivamente della profondità(1 atm / 10 m).
temperatura
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Movimenti periodici e persistenti: Le Maree Generalmente ad ogni passaggio di luna sullo stesso meridiano (ogni 24h 50’) le coste marine registrano 2 innalzamenti del livello dell’acqua alternati a 2 abbassamenti. ►il dislivello tra la quota più alta e quella più bassa è detto ampiezza di marea; ►l’effetto è dovuto all’influenza gravitazionale lunare e alla forza centrifuga di rotazione terrestre.
Bassa marea a Dublino
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►2 eventi di alta marea si verificano contemporaneamente su meridiano e antimeridiano in opposizione alla Luna.
►2 eventi di bassa marea si verificano contemporaneamente su meridiano e antimeridiano perpendicolarmente a quelli di alta marea (in quadratura alla Luna).
Imprecisione!!
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Massime e minime maree:Sigiziali e Di quadratura
Le maree hanno intensità variabile e giungono sempre con un certo ritardo ►la variabilità è dovuta al preciso momento astronomico nel sistema Sole-Terra-Luna ►è dovuta anche alla morfologia terrestre, la quale accentua o riduce anche i ritardi del suo giungere.
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10 metri di marea:Mont San Michel
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Moti lenti e costanti: Le Correnti
l venti incessanti, e le differenze di temperatura tra enormi bacini d’acqua, provocano reali spostamenti di masse d’acqua da una regione all’altra del pianeta: ►le velocità possono andare da 0.5 fino a 30-40 Km/h; ►correnti calde vanno dall’equatore ai poli e correnti fredde dai poli all’equatore; ►la forza di Coriolis devia i flussi tra i 15° e i 45° rispetto alla traiettoria prevista; ►le differenze di salinità a diversa profondità generano correnti verticali.
Correnti orizzontaliSuperficiali o ProfondeCorrenti verticali
Ascendenti o Discendenti
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Le grandi Correnti Oceaniche
Le correnti influenzano fortemente i climi delle regioni che lambiscono: ►influenzano temperatura, umidità e limpidità del cielo; ►trasferiscono calore dalle regioni che ne hanno in eccesso a quelle che ne sono in difetto; ►mitigano le regioni tropicali trasferendo basse temperature dai poli.
![Page 29: SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / GEOGRAFIA FISICA GIANMARIO GERARDI – Y04585](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062501/56816850550346895dde5447/html5/thumbnails/29.jpg)
Movimenti irregolari: le Onde
L’onda non è uno spostamento d’acqua: è un trasferimento di energia il cui mezzo è l’acqua. ►il vento imprime alle particelle d’acqua un moto rotatorio verso il basso; ►il moto si trasferisce alle particelle degli starti inferiori fino ad annullarsi.
![Page 30: SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / GEOGRAFIA FISICA GIANMARIO GERARDI – Y04585](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062501/56816850550346895dde5447/html5/thumbnails/30.jpg)
Mare aperto e vento intenso: onde forzate e frangenti d’onda
Sotto l’effetto di forti raffiche di vento la cresta dell’onda può inclinarsi e rovesciarsi in avanti: ►si crea un frangente con rimescolamento di aria e acqua che produce la schiuma; ►l’altezza di una cresta in oceano aperto può essere anche di 10 m.
![Page 31: SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / GEOGRAFIA FISICA GIANMARIO GERARDI – Y04585](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062501/56816850550346895dde5447/html5/thumbnails/31.jpg)
Onde e coste: i frangenti di spiaggia
In prossimità delle coste il fondale genera attrito sul moto delle particelle: ►sul fondo il moto circolare si fa sempre più ellittico e rallentato rispetto a sopra; ►l’acqua sovrastante si rovescia in avanti creando il frangente; ►il ritorno dell’acqua verso il mare genera la risacca; ►le spiagge sono il risultato dell’azione erosiva dell’onda sui sedimenti della costa; ►su scogli e promontori l’azione erosiva è più intensa.
![Page 32: SILSIS-MI VIII ciclo – secondo anno / GEOGRAFIA FISICA GIANMARIO GERARDI – Y04585](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062501/56816850550346895dde5447/html5/thumbnails/32.jpg)
Montagne d’acqua