SM 3300 — Breve storia dell’acqua — 2011

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Energia e Ambiente, 1, (1), 96-97 (marzo 2011)

Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it

Era una notte buia e tempestosa: non è solo l’inizio del romanzo “Paul Clifford”, reso celebre da Snoopy, ma era davvero una notte buia e tempestosa quella in cui, quattromila milioni di anni fa, la prima goccia di acqua liquida si è separata dall’atmosfera terrestre ed è caduta sulla superficie del pianeta. C’era voluto circa mezzo miliardo di anni per portare, nello strato di gas che circondava in quei lontani tempi la Terra, allo stato liquido la prima molecola di acqua presente nell’atmosfera primitiva. 

Quando si è formata, la Terra era più o meno una sfera rugosa e calda circondata da una miscela di gas composti da idrogeno, metano (CH4, la forma in cui l’idrogeno è combinato con il carbonio), ammoniaca (NH3, la forma in cui l’idrogeno è combinato con l’azoto), ossido di carbonio e piccole quantità di vapore acqueo (H2O, la forma in cui l’idrogeno è combinato con l’ossigeno). 

La Terra era squassata da terremoti e lampi, e da eruzioni di vulcani che gettavano nell’atmosfera gas ricchi di anidride carbonica e di ossigeno il quale lentamente si combinava con l’idrogeno e formava una crescente massa di molecole di acqua allo stato di vapore. Ma ci sarebbe voluto molto tempo per avere una modificazione chimica dell’atmosfera con una graduale diminuzione dell’idrogeno e una liberazione graduale dell’azoto allo stato gassoso e di ossigeno gassoso; un mutamento di composizione che avrebbe consentito alle prime molecole di acqua di passare dallo stato gassoso allo stato liquido. 

Fu in quella notte che la prima goccia di pioggia è caduta sulla superficie terrestre: ma c’è rimasta poco perché è evaporata di nuovo immediatamente e lo stesso destino è stato riservata a tutte le altre gocce di acqua che si sono condensate e riversate sul nostro pianeta primitivo. Ci sarebbe voluto un po’ di tempo prima che le gocce d’acqua si fermassero in qualche depressione della rugosa superficie terrestre sotto forma di pozza, la prima struttura da cui si sarebbero poi formati i laghi e poi i mari e poi gli oceani. 

Se osservate come una goccia cade su un terreno vedrete facilmente che si forma un cratere e schizza tutto intorno la polvere: le gocce d’acqua scaricano in questo modo, grazie alla loro struttura chimica, l’energia della loro caduta. Ogni molecola di acqua H-O-H è circondata da miliardi di miliardi di miliardi di altre molecole di acqua, distribuite in tutte le direzioni dello spazio, che stanno insieme perché ciascun atomo di idrogeno, per la sua carica leggermente elettropositiva, è attratto energicamente dall’atomo di ossigeno della sua molecola, ma più blandamente, dagli atomi di ossigeno, leggermente elettronegativi di tutte le altre molecole di acqua circostanti. Questo fenomeno fa sì che le gocce d’acqua isolate siano sferiche, l’unica forma che assicura la neutralizzazione di tutte le cariche. 

Ma gli atomi di idrogeno di una molecola d’acqua sono attratti anche da qualsiasi sostanza che contiene atomi di ossigeno; per esempio se una goccia d’acqua cade su una superficie contenente sabbia o argilla, minerali contenenti ossigeno, quelli presenti nel suolo, le sue molecole sono attratte da quelle del minerale, aderiscono a ciascuna particella di terra e vi restano attaccate trascinandosele dietro nel loro moto di acqua che scende verso i fondo valle e il mare. 

La forza di gravità delle gocce d’acqua che cadono sul suolo, unita alla forza di attrazione delle molecole di acqua con quelle dei minerali del terreno, ne provoca una graduale disgregazione; se poi i minerali contengono dei sali solubili in acqua, l’acqua delle piogge li scioglie e li porta a valle nel suo cammino. 

Queste operazioni di disgregazione, dissoluzione e trascinamento a valle dei minerali è durata probabilmente un paio di miliardi di anni; le rocce più dure sono state meno aggredite, mentre quelle più fragili sono state asportate; a poco a poco le poche pozzanghere iniziali di acqua liquida sono diventate laghi, mari, oceani, sempre più ricchi di sali disciolti, sempre più vasti come estensione; i continui processi di evaporazione e ricaduta dell’acqua hanno portato un raffreddamento della superficie terrestre; a poco a poco le piogge primitive hanno provocato una modificazione della composizione chimica dell’atmosfera: l’anidride carbonica, ben solubile in acqua, è stata trascinata dall’acqua delle piogge sulla superficie terrestre e, avendo carattere acido, ha disgregato alcuni sali delle rocce superficiali trasformandoli in carbonati. Si sono così formati i grandi banchi di calcare (carbonato di calcio) che caratterizzano la Puglia, le Alpi Apuane, le bianche scogliere di Dover, nell’Inghilterra meridionale, eccetera. 

L’acqua delle piogge ha trascinato a terra l’ammoniaca che ha fornito l’azoto per la vita vegetale; l’idrogeno, un gas leggero, si è perso negli spazi interplanetari; le piogge hanno sgombrato il cielo dalle nuvole e, da un certo momento in avanti, i cicli di evaporazione dell’acqua e di piogge, sono stati governati dal flusso dell’energia solare che raggiunge il pianeta Terra. 

Alla pioggia, quindi, dobbiamo la lenta preparazione del grande scenario in cui si sarebbe svolto il dramma della vita. Col passare delle ere geologiche le piogge hanno disgregato e disciolto i sali da terre emerse sempre differenti; i fenomeni vulcanici e i terremoti hanno alterato a più riprese il rapporto fra oceani, mari e continenti. E il grande protagonista di tutto è sempre stato la pioggia. 

Quando, circa tre miliardi di anni fa, sotto l’azione delle scariche elettriche e della radiazione ultravioletta, alcune molecole di ammoniaca, di ossido di carbonio e di vapore acqueo hanno cominciato a combinarsi nell’atmosfera dando luogo alla formazione dei primi amminoacidi, è stata la pioggia a trascinare queste molecole negli oceani che sono lentamente diventati il “brodo caldo primitivo” in cui si sono formate poi molecole sempre più complesse, le “basi” del DNA e le prime proteine. Le acque tempestose degli oceani hanno spinto queste molecole sulle rive delle terre emerse dove le nuove sintesi chimiche erano più facili ed è stata la pioggia che ha trascinato tali molecole di nuovo dalle terre emerse negli oceani. Fino a quando alcune molecole sono state in grado di riprodursi in forme ancora più complesse generando “la vita”. 

E’ stata poi la diversa composizione salina degli oceani e delle acqua continentali che ha governato la specializzazione della vita nelle forme che chiamiamo animali e vegetali e ancora una volta le piogge, nel loro trascinamento continuo di molecole, hanno reso possibile l’interscambio fra organismi marini e terrestri. A mano a mano che la vita progrediva fino a forme simili alle attuali, i mutamenti climatici hanno fatto sì che l’acqua delle piogge si solidificasse in ghiaccio e poi sciogliesse i ghiacciai allagando le pianure e trascinando di nuovo negli oceani i viventi. 

La forza delle piogge ha provocato le alluvioni che hanno coperto di terra antiche foreste e ammassi di animali i quali, nel corso di milioni di anni, si sono trasformati in carboni fossili, in petrolio e in metano; le piogge hanno provocato il trasporto di terre sulla superficie di antichi mari evaporati con il loro contenuto salino e si sono così formati i grandi giacimenti di sali sodici e potassici sotterranei a cui attingiamo ancora oggi. Le grandi alluvioni nel corso di milioni di anni hanno creato le grandi pianure fertili da cui oggi traiamo il cibo. 

Alla pioggia si devono, quindi, tutte le risorse naturali, inanimate e viventi; il vero grande “miracolo”, l’evento che desta meraviglia, sta nel fatto che la Terra, unica fra tutto i corpi celesti che conosciamo, si è piazzata, fra i vari pianeti solari, ad una distanza “opportuna” per ricevere la radiazione solare che assicura alla Terra, grazie anche alla specialissima composizione chimica dell’atmosfera, una temperatura media superficiale di circa 15 gradi Celsius, 285 gradi al di sopra della temperatura freddissima degli spazi interplanetari. E’ tale temperatura di 15 gradi che assicura l’esistenza dell’acqua allo stato liquido e quindi l’esistenza delle piogge, degli oceani, della vita. 

L’importanza terribile e meravigliosa della pioggia è stata così grande che ancora una decina di migliaia di anni fa alcune comunità umane avevano un “ricordo” di enormi piogge e alluvioni e tale ricordo è entrato nelle leggende e nelle religioni. Il popolo ebraico ha introdotto nella propria storia religiosa il “diluvio” come grande momento di allagamento di gran parte delle terre emerse, con punizione dei malvagi, e la salvezza di pochi individui “buoni” su una nave ad opera di un dio benigno. 

Piccole comunità di primati sono migrati attraverso le terre emerse, piccole comunità si sono fermate qua e là sui continenti, poi, in tempi recentissimi, diecimila anni fa, alcuni si sono fermati come coltivatori e allevatori e si sono organizzati in orgogliosi imperi, spazzati via dalla storia e dalle alluvioni. 

E su tutto passa, indifferente agli umani orgogli e alle umane sventure, la pioggia che, al di là delle nostre potenze, continua indifferente ad irrigare i campi, ad alimentare ghiacciai e fiumi, e torna al mare e dal mare l’acqua rievapora per generare altra pioggia. 

E guardateli quegli umani, così potenti e arroganti, con le loro superarmi e i loro supergrattacieli e le ricchezze di evanescente carta, guardateli come boccheggiano quando la pioggia tarda a scendere per alcuni giorni. E perfino i superricchi e i superpotenti, che tengono fresche lo loro stanze con i loro condizionatori d’aria, guardateli quando il ritardo di alcuni giorni nelle piogge fa venire meno l’acqua per le centrali elettriche che alimentano i loro condizionatori d’aria. 

Da quella notte buia e tempestosa sono passati circa 40 milioni di secoli; gli umani hanno imparato moltissime cose sulle proprietà dell’acqua, sul ciclo naturale dell’acqua, sulla successione delle stagioni, su come quella massa di acqua che chiamiamo pioggia cade sugli oceani (300 mila miliardi di tonnellate all’anno), sulle terre emerse (100 mila miliardi di tonnellate all’anno), su questo piccolo paese che è l’Italia (300 miliardi di tonnellate all’anno); si sa quanta, dell’acqua delle piogge, rievapora e quanta torna al mare scorrendo sulla superficie dei continenti (40 mila miliardi di tonnellate all’anno), sulla superficie del territorio italiano (150  miliardi di tonnellate all’anno). 

Per restare al solo caso della piccola Italia, si sa abbastanza bene (pur con gravi carenze nei servizi meteorologici diffusi nel territorio) come le piogge sono distribuite, in media, nelle varie stagioni dell’anno, nelle varie regioni; poiché l’acqua “serve” ai bisogni umani, alle abitazioni, ai campi, alle fabbriche, eccetera (nella sola Italia più o meno occorrono 50 miliardi di tonnellate di acqua all’anno), in via di principio non è (non dovebbe essere) difficile utilizzare le acque delle piogge a fini umani, raccogliere le acque quando le piogge sono abbondanti, trasferire l’acqua raccolta da una regione all’altra. 

E invece di ammirare le piogge e di chiedere alla loro acqua di aiutarci a soddisfare i nostri bisogni, ecco che, con la nostra arroganza, tagliamo, sui fianchi delle valli, i boschi e la macchia e la vegetazione che attenuano la forze di caduta, erosiva, delle piogge, lasciamo senza manutenzone, invasi da depositi di detriti e rifiuti, i fossi e i fiumi lungo cui l’acqua si muove per tornare al mare, copriamo con cemento e asfalto e strade e edifici, e rendiamo impermeabili, i terreni attraverso cui l’acqua delle piogge vorrebbe entrare nel sottosuolo a ricaricare le falde sotterranee; e poi ci lamentiamo quando le acque irruenti invadono e dilagano nei campi e nelle città, quando scendono veloci verso il mare e sono fonti di alluvioni e frane. Dopo aver “perduto” l’acqua, quando era abbondante, ci arrabbiamo perché per qualche settimana la pioggia non cade, e poi siamo pronti a piangerci di nuovo addosso quando, nei mesi successivi, la pioggia più intensa allagherà altri campi e città, e via di questo passo, una stagione dopo l’altra. 

Dove è allora la nostra scienza ? la nostra capacità di prevedere e prevenire ? Perché non abbiamo approfittato delle stagioni secche per sgombrare dagli ostacoli i ruscelli, i fossi, i torrenti e i fiumi, “sapendo”, di certo, che altra pioggia sarebbe venuta poco dopo ? perché abbiamo continuato a costruire nei luoghi in cui di certo, dopo pochi mesi, nuova pioggia cadrà e l’acqua troverà ostacoli nel suo cammino e si aprirà la strada verso il mare spazzando via tali ostacoli ? 

Antiche popolazioni “incivili” adoravano il “genius loci”, la divinità benigna nascosta nelle sorgenti attraverso cui l’acqua delle piogge, dopo aver impregnato i terreni, sgorga in superficie, predisponevano il letto — il suolo, i torrenti, i fiumi — in cui la pioggia avrebbe cercato riposo e passaggio nel suo straordinario cammino. Ma noi siamo terrestri “civili”, adoriamo come divinità i computers e le automobili e i grattacieli e le piogge irridono la nostra miopia, muovendosi dal cielo, al suolo, al mare, al cielo, secondo leggi immutate da milioni di anni e prevedibili. 

Se fossi capace, farei un film, intitolato “la pioggia”, da proiettare nei consigli comunali e nei parlamenti e nelle scuole, avente per protagonista unica proprio la pioggia che, senza parlare, con la stessa sua esistenza, spiega meglio di qualsiasi trattato di ecologia o geologia, i principi della pianificazione territoriale indispensabili per evitare in futuro alluvioni e siccità.