Svelato il mistero dell'evaporazione dell’acqua marina: scopri come l'acqua del mare scompare!
L'alterazione degli stati fisici dell'acqua in base alla temperatura è un fenomeno scientifico fondamentale per la vita sulla Terra ed è oggi ben conosciuto. La trasmutazione dall'aggregato solido a quello liquido si manifesta a una temperatura di 0°C, mentre la transizione da liquido a gas avviene a 100°C, secondo quanto comunemente insegnato anche nelle scuole.
Non è un caso che Anders Celsius, nel 1742, abbia scelto i punti di ebollizione e congelamento dell'acqua come riferimenti per la sua celebre scala di temperatura. Curiosamente, la disposizione iniziale era inversa rispetto a quella attuale, con il punto di congelamento fissato a 100°C e il punto di ebollizione a 0°C, al fine di allineare le temperature più elevate con quelle più basse. Jean-Pierre Christin e Carlos Linnaeus, nei successivi anni, invertirono tali valori.
È opportuno notare che i suddetti possono presentare variazioni sottili. L'ebollizione si verifica a una pressione di 1 atmosfera, pari a circa 1013,25 millibar, considerata normale al livello del mare, quindi fluttuazioni della pressione atmosferica, come quelle causate da temporali o anticicloni, possono alterare tale condizione. Allo stesso modo, la posizione geografica, in quanto non sempre pari al livello del mare, può influire su tali fenomeni.
Per questo motivo, se la pressione supera l'unità atmosferica, l'acqua richiede una temperatura superiore a 100 gradi per iniziare l'ebollizione. Inversamente, se la pressione è inferiore, l'ebollizione può verificarsi a una temperatura inferiore.
In cima all'Everest, il punto più alto della Terra, l'acqua bolle a circa 72°C. Considerando che l'albume dell'uovo solidifica a 62°C e il tuorlo a 68°C, siamo appena al limite per cuocere un uovo sodo senza l'ausilio di una pentola a pressione. Parallelamente, quando la pressione è sufficientemente bassa, l'acqua può raggiungere il punto di ebollizione a temperatura ambiente, come illustrato in un esempio pratico.
Emerge spontanea una domanda: come mai l'acqua di mare può evaporare a temperatura ambiente? Se questa fosse l'unica modalità di trasformazione da liquido a vapore, ovvero l'inizio del ciclo dell'acqua, il mare dovrebbe raggiungere i 100 gradi Celsius, portandoci a pescare aragoste cotte! Fortunatamente, ciò non avviene, dando origine a fenomeni meravigliosi come il ciclo dell'acqua e le formazioni di nubi.
A 100 gradi, tutte le molecole d'acqua possiedono l'energia cinetica necessaria per diventare vapore: a temperature più basse, alcune particelle superficiali possono possedere sufficiente energia cinetica per superare le forze dello stato liquido e liberarsi dalla massa d'acqua, evaporando. Si tratta delle particelle più energetiche, che, attraverso l'evaporazione, assorbono energia dal complesso, abbassandone la temperatura complessiva. Questo fenomeno spiega il raffreddamento di una brocca e del sudore umano.
L'aumento della temperatura dell'acqua incrementa la probabilità che alcune particelle possiedano l'energia cinetica necessaria per evaporare. Analogamente, l'energia fornita dalle radiazioni solari agevola tale processo, apportando maggiore energia alle particelle.
Appena sopra la superficie libera dell'acqua, si forma uno strato di vapore acqueo, il quale si accumula fino a saturare l'aria circostante; in seguito, questo si condensa, mantenendo l'equilibrio.
Prendiamo in considerazione quando questi fenomeni si svolgono all'aperto: in questo setting, intervengono altri fenomeni che influenzano l'evaporazione, come la diffusione, un processo molecolare risultante dalle differenze di concentrazione di qualsiasi sostanza. Tale fenomeno si verifica perché la natura tende a ridurre le disparità. Per esempio, se si aggiunge un cucchiaio di sale in un secchio d'acqua, il sale si sposterà dalle zone più concentrate a quelle meno concentrate fino a uniformare la salinità, senza bisogno di mescolare.
Analogamente, il vapore acqueo che si forma in superficie si diffonde nell'aria circostante, caratterizzata da una minore concentrazione di vapore acqueo (o minore umidità relativa), favorendo l'evaporazione in presenza di una marcata differenza di umidità relativa.
La temperatura dell'aria rappresenta un altro fattore determinante. Con l'innalzamento della temperatura, la pressione del vapore di saturazione dell'aria aumenta, indicando la massima quantità di vapore acqueo che l'aria può contenere. Se l'aria contiene la stessa quantità di vapore acqueo ma la quantità massima incrementa, l'umidità relativa diminuisce. Questa dinamica illustra come la temperatura influisca sull'umidità relativa, a sua volta determinante per l'evaporazione.
Il vento, quando soffia sull'acqua, rimuove lo strato di aria umida dalla superficie, sostituendolo con aria più secca, potenziando l'evaporazione.
Appare evidente come l'evaporazione risenta dell'azione di diversi fattori, tra cui la radiazione solare, la temperatura dell'acqua, l'umidità relativa dell'aria (correlata alla temperatura dell'aria) e la velocità del vento.
Ma l'acqua gela sempre a 0°C? No. La formazione del ghiaccio è un processo di cristallizzazione che richiede tempo. Di conseguenza, in circostanze in cui l'acqua è congelata rapidamente, è possibile ottenere acqua liquida (o una miscela di liquido e ghiaccio) al di sotto di 0°C. Un fatto curioso è che l'acqua calda può congelarsi prima dell'acqua fredda, un fenomeno che meriterebbe un approfondimento in futuro.
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