Scienza e curiosità del Lago di Garda #2 di Claire Beaux
Acqua: sostanza essenziale per la vita, bene prezioso, copre il 71% della superficie del nostro pianeta, è il principale costituente del corpo umano (55% – 60% del peso corporeo). Talete (640 a. C. – 545 a. C.) ne fa il principio di tutto, Empedocle (V sec. a. C.) le aggiunge terra, aria e fuoco e formula la teoria degli elementi fondamentali, Aristotele credeva che la terra potesse trasmutarsi in acqua. Per conoscere la “vera identità” dell’acqua occorre aspettare la fine del 1700 e il torinese Amedeo Avogadro che per primo ipotizzò la sua composizione in due atomi di idrogeno (H2) e uno di ossigeno (O), grazie anche agli esperimenti del francese Antoine Laurent Lavoisier che “scoprì” i due elementi.
La fisica dell’acqua: densità e proprietà ottiche
Le proprietà fisiche dell’acqua sono tante e importanti. Molte derivano dalla sua struttura molecolare, ovvero da come sono disposti gli atomi di idrogeno e ossigeno che ne compongono la singola molecola e i legami (o le forze) che li tengono assieme.Una fra le più importanti è la densità: definita come il rapporto tra la massa di un corpo e il suo volume, il suo valore varia in base alla temperatura, la pressione, le eventuali sostanze disciolte e quelle sospese. La dipendenza del valore della densità dell’acqua dalla temperatura è molto particolare: mentre la densità di tutte le altre sostanze aumenta con il diminuire della temperatura, quella dell’acqua si comporta esattamente al contrario. Conseguenza di ciò è il galleggiamento del ghiaccio: se fosse più pesante (cioè avesse maggiore densità), andrebbe a fondo e formerebbe uno strato che nel tempo verrebbe ricoperto da un altro strato e così via. Invece, rimanendo in superficie, favorisce la continuazione della vita nelle profondità.
Molti subacquei “marini” non prediligono le immersioni al lago: “Non c’è luce”, “Non si vede nulla, è tutto buio, non ci sono colori.”. Perché? I colori delle acque lacustri dipendono da svariati fattori, di cui la radiazione solare ne è il principale. Per radiazione solare si intende la luce che proviene dal Sole: essa arriva sulla superficie dell’acqua in maniera differente a seconda della latitudine e dell’altitudine del lago, della trasparenza dell’atmosfera che attraversa, della stagione. I raggi luminosi incidono sulla superficie, vengono in parte riflessi, ossia tornano indietro, e in parte continuano negli strati d’acqua sottostanti e il loro cammino subisce un altro fenomeno fisico ottico: la rifrazione.
“Ecco, ci siamo, la fisica! Io non ci capisco nulla di fisica! Basta, non leggo più.”. Avete pensato così, miei lettori? Tranquilli, non vi annoierò con principi e formule: questi li lasciamo cervelloni. Vi farò vedere come la fisica in fondo non è difficile come ve l’hanno descritta e per farlo vi propongo un semplice esperimento (che avrete già fatto senza sapere che fosse fisica!). Prendete un bicchiere e riempitelo per metà con dell’acqua: immergetevi una cannuccia o una penna e osservate la parte di questi oggetti dentro l’acqua. Se provate a seguire il profilo della cannuccia o della penna, da fuori l’acqua a sotto, vi accorgerete che… sono spezzate!!
La luce, comunque, non arriverà mai nelle profondità perché viene assorbita delle sostanze disciolte nell’acqua stessa e dalle particelle in sospensione che oltre ad assorbire la riflettono generando un processo a catena (assorbimento-riflessione-assorbimento-riflessione…). Il fenomeno della rifrazione è ben noto ai sub: è il responsabile delle dimensioni e delle distanze alterate che portano a dire “Ho visto un luccio lungo 4 metri” quando nella realtà la sua lunghezza massima è di soli 1,40 metri o a faticare per raggiungere il compagno che sembra lì vicino. E la questione dei colori? Perché nel lago è tutto verde e scuro? La fisica ci aiuta a svelare l’arcano.
La radiazione solare è composta da tanti tipi di “luce”, essa infatti presenta tutte le componenti del così detto spettro elettromagnetico. Questo altro non è che l’insieme delle varie onde (elettromagnetiche) quali i raggi gamma, i raggi X, gli ultravioletti (UV), gli infrarossi, le microonde e le onde radio. I vari tipi di onda hanno caratteristiche fisiche differenti che ne determinano le loro applicazioni a noi ben note: le analisi radiologiche, il microonde, la radio che trasmette musica…
E queste onde hanno un loro ordine (chi viene prima chi viene dopo, sempre in base alle loro specifiche fisiche, in cui non ci addentreremo, possiamo trascurarle): tra gli UV e gli infrarossi, noi fisici diciamo, cade lo spettro visibile. Lo spettro visibile comprende la luce che noi vediamo, cioè i colori che vanno dal violetto al rosso. Noi vediamo solo questo tipo di luce perché fisiologicamente madre Natura ci ha fatti così, se fossimo nati serpenti avremmo la capacità di percepire anche i raggi infrarossi.
Cosa succede quindi alla “componente visibile” della luce solare? Succede che la parte blu-verde è quella meno assorbita, mentre dal rosso al giallo scompare praticamente subito. Ma sapete un fatto curioso? Non tutti i laghi sono uguali sotto questo punto di vista: a seconda della quantità e del tipo di sostanze sospese e disciolte, l’assorbimento delle componenti della luce visibile è differente, quindi esistono laghi dove la luce rossa può arrivare anche in profondità.Il nostro Lago non è uno di questi…infatti è tutto verde e buio!!
Colore:
Un discorso diverso invece si deve fare se si vuole capire il colore del lago, quello che gli attribuiamo da fuori. Esso intanto si distingue in vero e apparente: il primo è quello dovuto alle sostanze presenti nelle sue acque, il secondo è quello che gli diamo noi ed è mutevole perché dipende, non solo dai componenti in sospensione, ma anche dalle condizioni di luce, dalla tipologia del paesaggio circostante, dalle stagioni. Il colore vero del lago può variare dal giallo, allora siamo in presenza di ferro (sottoforma di solfato di ferro e ossido ferrico), al blu-giallo-marrone per via delle sostanze umiche (composti dell’humus, parte fertile del terreno) o verde dovuto al carbonato di calcio.
Il nostro Lago, essendo di tipo subalpino, presenta delle acque molto limpide, si dice che è trasparente. La trasparenza è un’altra caratteristica che distingue i vari bacini lacustri e si misura con il disco di Secchi, un disco di colore bianco di circa 20 cm di diametro. In pratica si misura la profondità a cui il disco scompare e non si vede più, poi la profondità a cui riappare quando viene riportato in superficie e si calcola la media di queste due misure. Questa metodologia non è accurata perché non tiene conto dei fattori circostanti come la luce diffusa della superficie del lago, la luce proveniente dal disco, il momento stagionale.
Per il lago di Garda si hanno acque trasparenti fino ai -25 metri, per quelli alpini già ci alziamo a -15 metri e per quelli di pianura siamo intorno ai -5 metri. Il nostro Lago sarà anche verde e scuro, ma per noi lacustri, che lo abbiamo nel nostro cuore, è sempre azzurrissimo e limpidissimo. La prossima puntata sarà dedicata alle proprietà termiche del lago: parleremo delle sue temperature e del suo stato di omeotermia.
Fonti
V. Tonolli Introduzione allo studio della limnologia (1964)
R. Bertoni Laghi e scienza (2018)
