Ciò la ne giustifica il potere solvente

L'alcalinità dell'acqua è dovuta alla presenza di idrossidi (OH-),

carbonati (CO32-) e bicarbonati (HCO3

-) ed anche ad una

piccola quantità di fosfati. Per determinarla si esegue una

titolazione con acido cloridrico (HCl) 0,1 M.

Determinazione della durezza attraverso titolazione con EDTA

Contributi al chimismo

delle acque continentali

L’acqua delle piogge, benchè

caratterizzata da bassa

salinità, non è acqua pura e si

registrano variazioni del suo

chimismo da zona a zona (e

nella medesima zona al

variare del tempo), in quanto è

in grado di prendere in carico

alcune sostanze gassose

disciolte in atmosfera nonchè

spray marino (minutissime

goccioline) e sostanze presenti

nel pulviscolo atmosferico.

In ambienti non inquinati il suo pH dovrebbe variare fra 5 e 6, ma in zone inquinate il suo

pH può scendere notevolmente (fenomeno delle piogge acide) a causa di simili reazioni:

SO2+ 1/2 O2 SO3 SO3 + H2O 2H+ + SO4

2-

2NO + 3/2 O2 + H2O 2H+ + 2NO3

2-

Queste verranno definite

dolci quando hanno TDS < 1000 mg/l

salate quando hanno TDS> 1000 mg/l

L’acqua di mare ha TDS ~ 35000 mg/l

Fluidi che abbiano TDS > 100000 mg/l non

vengono nemmeno chiamate acque bensì

“brine”

Le acque dei fiumi hanno ovviamente TDS maggiori delle acque meteoriche in quanto riflettono

vari gradi di interazione con le rocce (o meglio con i prodotti dell’alterazione di queste).

Componenti marini costituiscono parte fondamentale del

particolato atmosferico.

La particelle di sale marino si formano principalmente

per “scoppio” di piccole bolle d’aria all’interfaccia

atmosfera/acqua di mare.

Le minute gocce di acqua marina immesse nell’aria

vengono poi portate verso l’alto da correnti atmosferiche.

Successivamente poi evaporano formando particelle di

sale marino aventi dimensioni sub-micrometriche.

Particolato atmosferico e’ fornito anche da polveri

eoliche rappresentate da silicati, carbonati, ossidi ecc

ecc, e da particelle secondarie formatesi per

condensazione di sostanze gassose.

Tali particelle rappresentano i nuclei necessari perche’ il

vapor acqueo atmosferico possa condensare, formando

minute goccioline d’acqua liquida (o sublimare

producendo cristalli di ghiaccio) dalla aggregazione delle

quali si originano le precipitazioni atmosferiche.

Piogge acide

Il termine si riferisce a precipitazioni nelle quali il

pH delle acque meteoriche è inferiore al valore di

5,6 (pH in equilibrio con un atmosfera non

inquinata contenente 350 ppm di CO2) presente

in condizioni normali.

Tale fenomeno é causato essenzialmente

dall'aumento nell'atmosfera di componenti

gassosi quali l'anidride solforosa (SO2) e solforica

(SO3) provenienti dalle attività industriali e dalle

combustioni in genere, il monossido e il biossido

di azoto (NO, NO2), l'anidride carbonica (CO2).

Questi gas possono essere trasformati in pochi

giorni in acidi tramite varie reazioni quali la

combinazione con l'acqua. Tali reazioni sono le

seguenti:

SO2 + H2O ---> H2SO3 (acido solforoso)

SO3 + H2O ---> H2SO4 (acido solforico)

2NO2 + H2O ---> HNO2 + HNO3 (acido nitroso e

nitrico)

CO2 + H2O ---> H2CO3 (acido carbonico)

Il chimismo delle acque dei fiumi è

estremamente variabile ed è funzione della

natura dei litotipi affioranti nel bacino e delle

condizioni climatiche che contraddistinguono

l’area (queste influenzano infatti i processi di

weathering).

Attività antropiche (es. utilizzo di fertilizzanti

nell’agricoltura, scarichi industriali, scarichi

domestici; interazioni con discariche) possono

sovraimporsi a tali fattori nel influenzare il

chimismo delle acque superficiali.

In generale il carico solido delle acque di un

fiume include componenti in soluzione ma

anche componenti in sospensione (fra questi

particelle colloidali).

Se intendiamo riferire l’analisi chimica della

nostra acqua solamente a ciò che è in

soluzione è opportuno durante il

campionamento “filtrare” le acque.

Generalmente si usano filtri a 45 m, ma

sarebbe sta sviluppandosi la prassi di usare

filtri a 20 m.

HCO3ˉ

Ne risulta che l’acqua di un fiume è un

complesso sistema multicomponente “aperto”,

nel quale la composizione chimica varia nello

spazio ma anche nel tempo. Concettualmente

è importante tenere in considerazione che

non tutti i componenti che io trovo disciolti in

un’acqua hanno la medesima origine. Un

conto è il percorso delle molecole d’acqua e

un’altro quello dei componenti disciolti. Alcuni

elementi possono essere stati disciolti in zone

prossime al campionamento, altri in zone

molto più lontane.

Va sottolineato come le acque di un fiume (es. il Po) non

siano chimicamente omogenee dalla zona sorgente alla sua

zona terminale. Al tempo stesso anche nel medesimo sito di

campionamento (es. il Po alla sezione di Pontelagoscuro) si

possono osservare significative variazioni composizionali al

variare delle stagioni (queste in alcuni casi possono variare

anche di un ordine di grandezza). Ciò implica che,

diversamente da una roccia (il cui chimismo rimane costante

anche al variare di anni) un’analisi chimica di un’acqua

rappresenta una “fotografia istantanea” del chimismo del

fiume X al momento y. Per esempio nella stagione secca le

acque di un corso d’acqua presentano generalmente TDS più

elevata rispetto a alla stagione più piovosa quando i sali

disciolti risultano più diluiti grazie ad un apporto di acque

meteoriche caratterizzate da bassa salinità. Queste

significative variazioni di chimismo sono inoltre influenzate

dalle relazioni esistenti fra acque superficiali e acque

sotterranee. Durante il momento di piena un fiume tende

infatti ad alimentare le falde ad esso collegate, mentre

durante il periodo di magra le acque delle falde

(generalmente più mineralizzate) tendono a “nutrire” il fiume.

Si sottolinea inoltre che in un fiume, anche nel medesimo

momento e nella medesima sezione, le acque possono

presentare disomogeneità in relazione alla presenza di

plumes (pennacchi) di mescolamento con acque a

composizione diversa in prossimità della confluenza di un

affluente, o dell’emergenza di una sorgente, o della presenza

di uno scarico antropico.

Notevoli variazioni nel chimismo delle acque di un fiume si

hanno inoltre nella parte terminale di un fiume alla sua

confluenza in mare dove si verifica significativo

mescolamento con l’acqua di mare.

Se andassimo a vedere le cose

più in dettaglio, emergerebbe che

anche all’interno del medesimo

fiume il chimismo dell’acqua può

variare da monte a valle.

Generalmente nelle aree prossime alle sorgenti

le acque dei fiumi sono contraddistinte da basse

TDS e da un chimismo dominato dal carbonato

fra gli anioni e dal Ca (Mg) fra i cationi.

Verso valle il chimismo delle acque dei fiumi

riflette una maggior “maturità” con TDS più

elevate e con un graduale cambiamento di

facies idrochimica, in quanto cloro e/o solfati

diventono dominanti fra gli anioni e Na diventa

preponderante sul Ca fra i cationi.

Una totale variazione della facies idrochimica

delle acque di un fiume avviene spesso in

prossimità della sua confluenza in mare dove si

riscontrano veri e propri fenomeni di

mescolamento con acque del mare.

Variazioni significative nel chimismo delle acque di un fiume (anche nello stesso punto) si

osservano al variare delle stagioni.

In generale possiamo dire che la composizione delle acque dei fiumi

è in stretta relazione alla tipologia delle rocce affioranti, ma anche

alle condizioni climatiche che condizionano i processi di weathering

(alterazione) di queste.

Generalmente le acque dei fiumi hanno composizione carbonato-

calcica in quanto le rocce carbonatiche contribuiscono in modo

preferenziale ad influenzarne il chimismo. Tuttavia, una volta

raggiunto lo stadio di “saturazione” rispetto alla calcite tali acque non

potranno “sciolgliere” ulteriore carbonato (adirittura questo potrebbe

precipitare”) mentre continuano a “caricarsi” nei componenti rilasciati

da rocce silicatiche. Ciò spiega la variazione di facies idrochimica

che si riscontra lungo il corso di molti fiumi.

Tali semplici modelli evolutivi non è rispettato se nel bacino sono

presenti:

-rocce peculiari (es. rocce evaporitiche)

- risalite di acque profonde (es. acque connate, acque iuvenili)

Come abbiamo visto, in generale fra i cationi del secondo gruppo della

tavola periodica, il Ca è sempre prepondenrante sul Mg in quanto 1) i

minerali di Ca sono più diffusi in natura di quelli di Mg e 2) perchè i

minerali contenenti Mg sono generalmente meno solubili di quelli

contenenti Ca.

Fra i cationi del I gruppo il K è sempre subordinato nelle acque rispetto

al Na, probabilmente a sottolineare una sua minor mobilità perchè 1) i

feldspati potassici sono meno alterabili dei plagioclasi 2) il potassio

viene preferenzialmente stabilizzato in minerali secondari di

neoformazione.

Discorsi analoghi si potrebbero fare anche per le acque dei laghi. Per questi

bisogna aggiungere che il chimismo potrebbe variare sulla verticale (vi è spesso

una sorta di stratificazione”. In molti laghi si è osservato la presenza di acque

profonde più fredde, più saline e meno ossigenate.

Nei processi di mescolamento fra acque diverse

Mixing non conservativo....

Acqua di Mare

• Ha salinita’ che varia fra 3.3%

e 3.7% in peso.

• La salinita’ media e’ 3.5% o 35

parti per mille (0/00).

• I componenti piu’ abbondanti

sono il sodio ed il cloro.

• E’ caratterizzata da punto di

congelamento piu’ basso ed

evapora piu’ lentamente

dell’acqua a bassa salinita’.

La composizione chimica dell’acqua di mare è

principalmente influenzata dall’apporto chimico delle

acque dei fiumi. Tuttavia la salinità degli oceani non può

essere spiegata come il semplice effetto

dell’accumularsi di materia derivante dallo

smantellamento dei continenti ad opera dei processi di

weathering i cui prodotti vengono veicolati dalle acque

superficiali e sotterranee (“le résultat du lavage de toute

la surface du globe”, come lo definì Lavoisier).

Tale ipotesi semplicistica spinse Jolly (1898) a stimare l’età della

terra sulla base del contenuto in sodio dell’acqua di mare e del

contenuto medio delle acque dei fiumi. Tale approccio forniva una

stima di pochi milioni di anni totalmente inconsistente con la reale

età del pianeta.

Possiamo quindi verificare l’esattezza di calcoli simili: la quantità

totale di acqua riversata dai fiumi nell’oceano ogni anno è di circa

36.000 Km3 (36 x 1018 g) e tali acque contengono circa 120 ppm

di soluto. La quantità totale di soluto portata dai fiumi ogni anno è

quindi di 36 x 1018 x 120 x 10-6 = 4 x 1015 g. La quantità totale di

acqua marina è 1370 x 106 Km3 (circa 1.4 x 1024 g) e il suo

contenuto in sali è 3.5%, il che significa una quantità totale di sale

pari a circa 49 x 1021 g. Per accumulare tale quantità di sale

servirebbero 49 x 1021 /4 x 1015 cioè circa 12 x 106 anni, un età

molto più giovane dell’età geologica media degli oceani. Inoltre se

avessimo basato il calcolo sulle quantità dei singoli elementi e

non sulla TDS (es il cloro, il sodio, il magnesio ecc ecc) avremmo

ottenuto età (sempre inferiori rispetto a quelle degli oceani) ma

diverse da elemento ad elemento.

Riassumendo, questo significa che i tempi richiesti affinchè i fiumi

portino negli oceani quantità di ogni soluto pari alle quantità

presenti attualmente sono molto più brevi dell’età degli oceani e

sono diverse da elemento ad elemento. Se i fiumi hanno sempre

riversato soluti nel mare con una velocità paragonabile a quella

attuale dobbiamo concludere che quelli ora presenti

rappresentano soltanto una piccola frazione dei soluti che sono

stati portati nell’oceano nei tempi geologici. Poichè (da studi sulle

rocce sedimentarie di tipo chimico) sembra che la composizione

chimica dell’acqua del mare sia stata relativamente costante nel

Fanerozoico ne segue che gli elementi chimici subiscono anche

processi di rimozione dall’acqua di mare.

Viene definito tempo di residenza (MORT, cioè Mean Ocean Residence

Time) di un elemento nell’acqua dell’oceano il tempo medio che intercorre

tra il suo arrivo e la sua rimozione.

T res = Qx / (dQx/dt)

T res = quantità di X presente negli oceani/ quantità apportata o rimossa ogni anno

Gli elementi disciolti che meno vengono coinvolti in processi di interazione

con matrici solide e le cui proporzioni nelle acque del mare rimagono

pressochè costanti hanno tempi di residenza molto lunghi e vengono

definiti elementi conservativi (es. il cloro, bromo, il sodio).

Altri elementi che interagiscono in modo significativo con le matrici solide

(per precipitazione chimica, per processi di scambio con i sedimenti) e/o

che partecipano in cicli biologici (es. azoto, fosforo, silicio) non avranno

invece proporzioni costanti nell’acqua di mare (i loro rapporti possono

variare da zona a zona, e nel tempo) e hanno tempi di residenza assai più

brevi.

•Sulla base di quanto detto emerge quindi che negli oceani non avvengono

solamente processi di accumulo dei soluti ma anche processi di rimozione.

•** Va inoltre sottolineato che alle sostanze apportate agli oceani non

contribuiscono solo le acque dei fiumi, ma anche processi di alterazione

delle cospicue masse di magma eruttate sui fondali oceanici (lungo le

dorsali medio oceaniche). Tali processi studiati nel corso di petrografia

come “metamorfismo di fondo oceanico” includono molteplici reazioni di

trasformazione delle paragenesi mineralogiche primarie che avvengono a

“sistema aperto” contribuendo quindi a mineralizzare le acque dell’oceano.