L'importanza dell'acqua per la Terra: tesina

Tesina sull'importanza dell'acqua per il pianeta Terra: come funzionano laghi, mari e fiumi e perché è importante preservarli

L'importanza dell'acqua per la Terra: tesina
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L'importanza dell'acqua per la Terra

Qual è l'impotanza dell'acqua per il pianeta Terra?
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Sulla Terra, l'acqua è un componente assai abbondante e tale da costituire sicuramente uno degli elementi di maggiore caratterizzazione del nostro pianeta. Infatti, le acque occupano circa il 71% della superficie totale; essa è nella stragrande maggioranza rappresentata dagli oceani per circa il 97% dell'idrosfera, mentre il resto è acqua dolce.

Circa 3,5 miliardi di anni fa, fu proprio l’acqua a permettere la formazione dei composti fondamentali per la vita sul nostro pianeta: gli aminoacidi (costituenti delle proteine), gli zuccheri e gli acidi grassi (costituenti dei lipidi). Questa soluzione acquosa rappresentò il cosiddetto "brodo primordiale" che dette successivamente origine ai primi organismi.

Non è certo casuale il fatto che essa abbia avuto nel passato un ruolo decisivo nei processi che hanno portato alla formazione della vita e che sia tuttora essenziale nei processi biologici che sono alla base della materia vivente: nel regno animale i tessuti dei mammiferi sono costituiti per il 63% di acqua, in alcuni vegetali si supera il 95% e persino i minerali ne contengono in varia proporzione. Per molto tempo l'acqua venne ritenuta un elemento, soltanto nel 1781 l'inglese Cavendish studiando l'idrogeno compì ne la prima analisi. Nello stesso periodo il francese Lavoisier ne determinò la composizione chimica (H2O) e riuscì ad ottenerla per sintesi in laboratorio.

L'uomo oggi utilizza una cospicua quantità d'acqua per destinarla ad usi agrari, civili (acque potabili) ed a usi industriali. In conseguenza di ciò, più del 60% dell'acqua sfruttata dall'uomo è soggetta a alterazione della sua purezza in relazione agli usi che se ne fanno. Sono sia questo sistematico danneggiamento delle qualità di gran parte dell'acqua disponibile sia le crescenti richieste a creare la problematica della carenza d'acqua.

Essa è un elemento indispensabile per la vita ed è quindi importante preservarla da sprechi e da fattori inquinanti: per fare un esempio, è stato calcolato che ogni giorno vengono da noi consumati miliardi di litri d’acqua, la maggior parte della quale viene usata inutilmente.

Si è gia parlato del ruolo fondamentale svolto dall'acqua nell'origine delle prime forme di vita nel nostro pianeta. Ma questo composto, naturalmente, assolve a molte altre fondamentali funzioni sia nel mondo animale che in quello vegetale:

  • L'acqua, come noto, è la componente principale del corpo umano e la sua presenza è vitale per lo svolgimento di tutte le più importanti funzioni delle cellule e per la termoregolazione corporea;
  • L'acqua, è il componente principale del citoplasma, parte interna della cellula e sede dei processi metabolici. Inoltre risulta abbondantemente presente anche nei vacuoli, organuli con funzione di "riserva", particolarmente caratteristici ed importanti nelle cellule vegetali;
  • L'acqua è anche il componente fondamentale di molti tessuti, fluidi fisiologici, importante reagente in reazioni d'idrolisi, veicolo di sostanze nutritive e di scarto, ecc. Anche molti microrganismi non potrebbero vivere senza la presenza di una benché minima quantità di umidità: si pensi, ad esempio, che un metodo molto usato per poter sottoporre a lunga conservazione certi alimenti consiste proprio nella liofilizzazione ;
  • L'acqua è di fondamentale importanza anche per i vegetali. Essi utilizzano questa sostanza nella fase luminosa della fotosintesi per produrre le loro riserve energetiche e plastiche. La stessa linfa elaborata e quella grezza contengono grandi quantità di acqua, così come la grande maggioranza dei tessuti.

Fiumi: caratteristiche generali

I fiumi sono corsi d'acqua dolce con un flusso perenne mentre i torrenti sono corsi d'acqua brevi, impetuosi, con flusso irregolare e a forte pendenza.

L'esistenza di un fiume in una data regione richiede tre condizioni: precipitazioni atmosferiche sufficienti, permeabilità moderata del terreno (condizione necessaria per impedire un'eccessiva perdita sotterranea delle acque piovane) ed evaporazione non eccessiva.

Un fiume consta essenzialmente in:

  • Punto di origine. Esso è rappresentato da una sorgente, acque derivanti da ghiacciai e nevai o da un lago;
  • Corso superiore. Primo tratto, solitamente ripido con fondo roccioso o ciottoloso, in cui le acque sono veloci e trasportano vari materiali (sassi, ghiaia, terra ecc.). Il fiume è nella cosiddetta "fase torrenziale";
  • Corso mediano. Il fiume scende verso la pianura, le sue acque rallentano la velocità e depositano vari materiali. Ha un andamento serpeggiante e forma vari meandri (o anse);
  • Foce. Un fiume può sfociare a delta (parecchi rami che si dispongono triangolarmente) o ad estuario (con un allargamento ad imbuto).

Come si riconosce un fiume

La lunghezza di un fiume dipende soprattutto dalla struttura fisica del terreno in cui scorre. I fiumi più lunghi si trovano nelle grandi pianure o in territori con modesti rilievi.

Le principali caratteristiche distintive di un fiume sono:

  • la portata (m3/s di acqua che passa attraverso una sezione del fiume)
  • il quoziente di deflusso (rapporto in un determinato tempo tra la portata e la quantità di acqua meteorica pervenuta sul bacino idrografico)
  • il regime (variazione della portata di un fiume).

I fiumi esplicano azione di erosione, trasporto e sedimentazione. Il bacino idrografico (o bacino fluviale, ovvero di raccolta) è la regione che convoglia tutte le sue acque superficiali a un fiume. I corsi d'acqua minori che confluiscono nel fiume principale si dicono affluenti.

Come tutti i corpi presenti su questo pianeta anche l'acqua risente della forza di gravità. Pertanto l'acqua dei fiumi scorrerà sempre dall'alto (la sorgente) verso il basso (la foce) lungo una percorso chiamato alveo. Più questo alveo sarà inclinato più l'acqua scorrerà velocemente, aumentando nel contempo sia la sua capacità erosiva che la sua capacità di trasporto di sedimenti. Grosso modo la velocità dell'acqua può variare fra 1 km/h e i 40 km orari. Sotto le zone ad alta velocità, in relazione all'andamento dell'alveo.

Portata e bacino idrografico

Nei punti dove l'alveo è rettilineo la velocità più elevata dell'acqua si registra al centro del fiume, poco al disotto della superficie; quando l'alveo si incurva, il flusso più veloce si sposta verso il lato più esterno. Quindi vediamo che una caratteristica fondamentale di un corso d'acqua è il suo gradiente, cioè il dislivello di altezza che l'acqua compie per unità di lunghezza percorsa.

La portata di un corso d'acqua è la quantità di acqua che passa attraverso la sua sezione trasversale nell'unità di tempo, normalmente questa si esprime in metri cubi al secondo e solitamente si misura all'altezza della foce; la portata registrata del Po ad esempio è mediamente di 1400 metri cubi al secondo, mentre per il Rio delle Amazzoni si registrano portate dell'ordine dei 100.000 metri cubi al secondo. Questa misurazione rappresenta tutta l'acqua che, attraverso il fiume, abbandona l'area percorsa dal fiume e dai suoi affluenti.

Quest'area si chiama bacino idrografico e costituisce una unità naturale individuabile anche morfologicamente sul territorio; infatti un bacino rappresenta tutta la superficie entro la quale tutte le acque presenti (pioggia o sorgenti) vanno ad alimentare un corso d'acqua, quello del Rio delle Amazzoni, ad esempio, è ampio 5.800.000 chilometri quadrati, 19 volte l'Italia.

Delta del Nilo
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Ma adesso occorre fare una precisazione: è vero infatti che un bacino idrografico è rappresentato dalle creste dei monti che fanno da spartiacque tra due diverse valli, ma è anche vero che spesso entrano in gioco altri fattori geologici che devo venire considerati nelle valutazioni dei bacini e quindi delle relative portate dei fiumi. Infatti si può intuire che se in superficie si trova una litologia che è molto permeabile, come i calcari, e al di sotto di questa si trova una litologia impermeabile come le argille, l'acqua che si infiltra nei calcari poi scorrerà lungo le argille a seconda della loro pendenza, indipendentemente dalla morfologia superficiale. Sotto lo spartiacque "morfologico", e quello "geologico" che individua il reale bacino del corso d'acqua.

La portata del fiume varierà nel corso dell'anno da dei valori massimi (periodi di piena) a dei valori minimi (periodi di magra) che dipendono dalle stagioni. Queste variazioni delle portate vanno poi a definire il regime del fiume; così si può riconoscere un regime torrentizio dove le alternanze tra le piene sono notevoli, mentre il regime fluviale è molto più regolare. Esistono notevoli tipi di regime dei fiumi come si vede anche in Italia dove si passa dai regimi torrentizi Alpini, con piene in estate e magre in inverno, a regimi calabro-insulari con piene in inverno e magre in estate.

Un modo per studiare un corso d'acqua è quello di prendere in considerazione il suo profilo, ossia una sezione verticale di tutto il fiume dalla sorgente alla foce; questa mostra che il gradiente diminuisce dalla sorgente verso la foce, e si vede che la portata invece aumenta verso la foce; ed è anche logico visto che lungo il percorso il fiume raccoglie sempre più acqua, quindi anche l'alveo e la velocità dovranno cambiare in relazione alle variazioni di quantità di acqua.

Tipi di foce e valli fluviali

Quindi come vediamo l'azione dell'acqua nei fiumi si può riassumere in erosione, trasporto e sedimentazione di materiale; normalmente l'azione erosiva si manifesta a monte dove la velocità delle acque e soprattutto le piene stagionali possono trasportare anche notevoli quantità di materiale, anche grezzo. Il trasporto avviene nella parte mediana del fiume e avviene essenzialmente come carico disciolto, carico sospeso, e carico di fondo, mentre la deposizione avviene verso la foce del fiume e poi successivamente in mare dove, se le correnti lo permettono si formano degli enormi delta, come quello del Nilo o del Mississipi, e del Po. Ma se le correnti marine trasportano via il materiale prima che si depositi allora avremo degli estuari. Possiamo anche avere delle conoidi alluvionali, cioè strutture simili al delta ma che si formano sulla terra emersa quando i corsi d'acqua arrivano in pianura dai monti e la loro velocità diminuisce bruscamente, depositando tutto il materiale che trasportavano.

Sotto una conoide alluvionale, Valle della Morte, California.

Zabriskie Point, Death Valley (California)
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Le valli fluviali possono assumere il classico aspetto ad V (quelle a U sono glaciali) se il fiume è relativamente piccolo e se questo riesce a scavarsi il suo alveo; mentre se la valle è ampia, soprattutto vicino alla foce, il fondo della valle sarà piatto e cosparso di sedimenti. Queste valli ci danno una indicazione sul tipo di gradiente e quindi dell'erosione del corso d'acqua: nel primo caso è molto alto e principalmente il fiume scava il suo alveo, nel secondo è minore e l'erosione è principalmente laterale e tende alla creazione di ampie valli piatte.

Quindi quando il gradiente inizia a diminuire, l'azione erosiva si trasferisce dal fondo dell'alveo ai fianchi della valle e tende ad allargarla trasformandola in una piana alluvionale del fiume, detta di erosione; si può formare anche per deposizione di materiale come nella bassa valle del Tevere.

Nelle zone di montagna si trovano quindi valli a V anche molto strette, dette forre e gole, con pareti ripidissime e molto alte, ma molto dipende anche dalle varie tipologie di rocce su cui scorre il fiume: rocce poco competenti saranno facilmente erodibili e daranno vita a valli più ampie e percorsi più regolari, mentre litologie più competenti saranno difficilmente erodibili quindi formeranno valli molto più aspre.

Una alternanza di litologie tenere e resistenti darà vita a dei punti poco erodibili e a delle locali variazioni del livello di base e quindi a delle variazioni locali di erosione o di deposito dei sedimenti creando le cosiddette rapide, o cascate, come quella famosa del Niagara, causata da uno strato di dolomie che protegge una litologia sottostante più tenera, o quelle dell'Angel, in Venezuela, che raggiungono i 950 metri di altezza.

Andando verso il mare la morfologia si addolcisce e il fiume percorre delle valli più ampie, e nelle pianure, dove l'azione erosiva in senso stretto è praticamente assente, prevale quella di trasporto del sedimento verso il mare. I corsi d'acqua in queste condizioni si muovono in ampie anse chiamate meandri che cambiano spesso posizione, sia lateralmente, che verso valle (a meno che non siano "incassati " nei sedimenti competenti) perché il fiume tende ad erodere nel lato esterno del meandro e a depositare i sedimenti nel lato interno, a causa delle diverse velocità dell'acqua; a volte si possono osservare dei salti di meandro cioè quando il fiume taglia il collo del meandro e lo salta creando dei laghetti a "corno di bue".

Quindi quando un fiume arriva a questo punto si può dire che esso è nella sua fase matura poiché ha eroso il suo alveo, poi le sue sponde per allargare la valle, una volta che il gradiente ha trovato un equilibrio inizia la fase di meandrificazione nella pianura. Quindi un fiume modella il paesaggio radicalmente passando, in teoria, dalla fase iniziale dove la morfologia è piatta, attraverso la fase giovane dove il fiume inizia ad erodere e a modellare la morfologia con cascate e rapide, alla fase matura dove si è formata una valle, e infine a quella di vecchiaia dove l'effetto dell'erosione ha creato nuovamente una sorta di valle molto ampia o pianura detto penepiano.

Laghi: caratteristiche generali

Lago Bajkal, Siberia
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Un lago è un corpo d'acqua dolce o salata raccolto in una depressione della terraferma e non in diretta comunicazione con il mare. Il lago si distingue sia dalle espansioni dei fiumi, che mostrano un flusso evidente, sia dalle lagune e dai fiordi, che sono direttamente connessi con il mare.

La distribuzione geografica dei laghi è molto irregolare, e altrettanto varia è la loro tipologia. In particolare, la distribuzione dipende dalla natura del substrato roccioso e dagli eventi geologici verificatisi in una determinata regione. Per tale motivo, vaste parti di continenti sono prive di bacini lacustri, mentre regioni relativamente poco estese ne contengono moltissimi. Caso limite è la Finlandia, dove si contano oltre 60.000 specchi d'acqua.

Il lago più profondo della Terra è il Bajkal, nella Siberia meridionale, che contiene quasi un quinto di tutta l’acqua dolce del pianeta e raggiunge una profondità massima di 1637 metri sotto il livello del mare. Il lago più vasto è il mar Caspio (371.000 km2), seguito dal Lago Superiore (84.130 km2) e dal lago Vittoria (68.100 km2); in Europa, la maggiore estensione è occupata dal lago Ladoga, in Russia (18.390 km2).

Classificazione dei laghi

L’origine di un bacino lacustre, dovuta a un’interruzione nella continuità del pendio idrografico, può essere legata sia a fenomeni accidentali (di norma dovuti a fenomeni catastrofici come i terremoti) sia regionali (cioè legati agli imponenti processi geomorfologici che nel corso del tempo hanno modellato una determinata regione). Si possono dunque distinguere laghi accidentali e laghi regionali.

Laghi accidentali o di sbarramento

Tra i laghi accidentali sono compresi i laghi di frana, i laghi da terremoto e i laghi craterici.

  • I laghi di frana hanno origine dallo sbarramento di valli fluviali da parte di materiali franati dai loro versanti. Questi laghi sono di solito temporanei, e si svuotano improvvisamente se l'acqua in essi contenuta riesce a incidere la soglia dello sbarramento; talvolta in questi casi si producono conseguenze catastrofiche a valle. Sono di frana i laghi di Alleghe, in Trentino, e di Scanno, in Abruzzo.
  • I laghi da terremoto sono dovuti al dislocamento di masse rocciose in seguito a movimenti tellurici.
  • I laghi craterici invece occupano crateri creati dalla caduta di grandi meteoriti (come il Chubb Lake, in Canada).

Laghi regionali

Tra i laghi regionali, vi sono i laghi tettonici, che occupano fosse tettoniche e conche situate in vaste pieghe (sinclinali) della crosta terrestre dovute, appunto, a movimenti tettonici: appartengono a questo gruppo tutti i laghi presenti lungo la Rift Valley, come il lago Niassa, e quelli della valle del Giordano (il lago di Tiberiade e il Mar Morto) e il Bajkal.

Sono regionali anche i laghi vulcanici, che occupano crateri di vulcani ormai spenti o conche formate dal collasso di tutta la parte sommitale di un vulcano in seguito allo svuotamento della camera magmatica: ne sono un esempio i laghi laziali di Bolsena, di Vico, di Bracciano, di Albano e di Nemi.

Ancora, sono regionali i laghi glaciali, dovuti all'attività morfogenetica dei ghiacciai continentali, vale a dire all'erosione e alla deposizione di sedimenti da parte delle lingue di ghiaccio in movimento.

Si pensava un tempo che i profondi laghi dell'Italia settentrionale (Maggiore, Lugano, Como, Iseo e Garda) avessero questo tipo di origine; si è però riconosciuto che in questi casi i ghiacci hanno agito rimodellando valli fluviali precedentemente impostate.

Tipicamente di origine glaciale sono invece i laghi alpini di circo o di sbarramento morenico (come i piccoli laghi di Annone e Pusiano, in Brianza). I laghi carsici occupano depressioni scavate dalle acque in formazioni calcaree, per il fenomeno del carsismo. Appartengono a questa categoria i laghi di dolina e quelli formatisi in seguito al crollo della sommità di caverne.

I laghi di pianura, o di azione fluviale, possono essere prodotti per allargamento di un alveo, o per isolamento di corpi d'acqua all'interno di meandri morti (laghi di lanca); sono frequenti lungo il corso dei grandi fiumi come il Nilo, il Rio delle Amazzoni, il Chang Jiang, il Rio Paranà, il Danubio e il Niger. I laghi costieri, infine, sono dovuti all’edificazione da parte delle onde marine di cordoni litorali tali da isolare completamente dal mare corpi d'acqua anche di una certa ampiezza, in genere salmastri o decisamente salini. Esempi italiani sono i laghi di Lesina e di Varano, in Puglia.

Bilancio idrologico

Un lago fa sempre parte di un più ampio sistema fluvio-lacustre, al quale appartengono anche i corsi d’acqua che immettono acqua nel lago stesso e quelli che la fanno defluire. In altri termini, ogni lago è caratterizzato da un bilancio idrologico, composto dalla somma degli apporti e delle perdite d’acqua nell’arco annuale. Gli apporti sono costituiti dagli afflussi dei corsi d’acqua tributari, ma anche dal ruscellamento superficiale lungo le sue sponde, dalle piogge che cadono direttamente sulla sua superficie e dagli afflussi per via sotterranea. Viceversa le perdite sono date dai deflussi attraverso l'emissario, ma anche dall'evaporazione e dal deflusso sotterraneo. L'equazione del bilancio idrologico è rappresentata dunque dalla somma algebrica di tutti questi contributi, e può dare un risultato positivo o negativo.

Un parametro di grande importanza per valutare il bilancio idrologico è il tempo medio di residenza dell'acqua nel suo bacino, che è un indice della velocità di ricambio. Da questa velocità dipende in modo essenziale la qualità dell'acqua. Il parametro viene calcolato in prima approssimazione come rapporto tra il volume complessivo del lago e la portata del suo emissario, cioè come tempo teorico di svuotamento.

Evoluzione di un lago

Lago di Bolsena, di origine vulcanica
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I laghi possono trovarsi a qualsiasi latitudine e altitudine, ma sono più frequenti nelle regioni che sono state soggette all'azione erosiva dei ghiacci. Poiché un lago viene alimentato dalle precipitazioni atmosferiche o tramite sorgenti, torrenti o fiumi, il suo livello dipende, in modo molto stretto, dall'evoluzione climatica locale.

Non esiste alcuna relazione tra la superficie di un lago e la sua profondità: quest'ultima, infatti, è legata, oltre che alle condizioni che hanno generato il lago, all'età del bacino stesso. Ad esempio, due laghi paragonabili per forma e dimensioni, come il lago Trasimeno (128 km2) e il lago di Bolsena (114 km2), hanno rispettivamente una profondità massima di 6 e di 140 metri circa.

Dal punto di vista geomorfologico, le conche lacustri sono considerate situazioni transitorie, destinate a scomparire in tempi brevissimi rispetto alla scala dei tempi geologici: il colmamento ad opera dei sedimenti, o lo svuotamento del bacino per incisione della soglia che lo limita a valle, sono eventi ineluttabili nell'evoluzione di qualsiasi corpo lacustre. Se il lago si estingue per l'accumulo di sedimenti (il cosiddetto interramento), nella sua fase terminale avrà l'aspetto di una palude. Il già citato lago Trasimeno è in questa condizione lungo molti tratti delle sue sponde.

Salinità

Il contenuto in sali delle acque di un lago dipende da diversi fattori: i principali sono la natura del substrato roccioso del bacino d’alimentazione del lago stesso, il tasso di ricambio delle acque e il tasso di evaporazione. Il Mar Morto, ad esempio, che non ha emissari ed è soggetto a un tasso di evaporazione molto elevato, presenta un contenuto di sali elevatissimo (oltre 280 g di sali per litro d'acqua, con una salinità cioè otto volte superiore a quella media del mare), tanto da non permettere la sopravvivenza di alcuna forma di vita, ad esclusione di quella batterica.

Le acque lacustri si dicono dolci quando la concentrazione di sali è inferiore a 1 g/l; oligosaline tra 1 e 5 g/l; salmastre tra 5 e 30; salate tra 30 e 80 e ipersaline oltre gli 80 g/l. I laghi alpini contenuti in bacini non carbonatici sono quelli con acque in assoluto più dolci, con un contenuto in sali anche inferiore a 10 mg/l. I più salati sono i bacini delle regioni aride, soggetti a fortissima evaporazione.

Regime termico

La temperatura di un lago dipende essenzialmente dal suo bilancio termico, ovvero dalla differenza tra il calore immagazzinato per la radiazione solare e la perdita di calore dovuta, in gran parte, all’evaporazione e all’irraggiamento verso l’atmosfera. La differenza di temperatura e quindi di densità delle masse d’acqua alle varie profondità innesca o meno la piena circolazione della colonna d’acqua, a seconda della stagione. Solo quando tutta la colonna d’acqua raggiungerà la stessa temperatura (isotermia) sarà possibile una completa circolazione e, quindi, il trasporto di ossigeno verso gli strati inferiori del lago e la risalita dei nutrienti verso la superficie. Negli altri casi, la colonna d’acqua si stratifica e la circolazione avviene esclusivamente negli strati superiori, che restano separati dalla massa d’acqua sottostante (più fredda) da un sottile strato detto termoclino, caratterizzato da un rapido decremento della temperatura in pochi metri di profondità.

Circolazione stagionale delle acque

A seconda del regime termico, i laghi si possono suddividere in diverse categorie. Nei laghi amittici (o polari) la temperatura dell’acqua non sale mai oltre i 4°C e la superficie si mantiene perennemente gelata. In questa situazione, quando le acque più dense sono anche le più profonde, si forma una stratificazione termica inversa e, di conseguenza, non può costituirsi mai una piena circolazione.

Nei laghi monomittici freddi (subpolari), lo scioglimento del ghiaccio superficiale favorisce un breve periodo di piena circolazione.

Nelle zone temperate-fredde, i laghi raggiungono in inverno temperature superficiali inferiori ai 4°C (laghi dimittici) e presentano due periodi di isotermia (uno primaverile e uno autunnale), mentre nei laghi monomittici (tipici della fascia temperato-calda), poiché la temperatura non scende mai al di sotto di 4° C, si assiste a un solo periodo di piena circolazione (che si verifica in inverno).

Ai tropici esiste sempre una ben definita stratificazione termica della colonna d’acqua, che impedisce periodi di piena circolazione; si parla in tal caso di laghi anisomittici. In condizioni particolari, infine, quando la densità delle acque di fondo è superiore a quella dovuta alla propria temperatura in seguito a un accumulo di sostanze chimiche in soluzione, il lago presenta una stratificazione perenne (laghi meromittici) e la circolazione può avvenire solo negli strati superficiali: un tipico esempio è il lago di Lugano, o Ceresio, che al di sotto dei 100 metri presenta un'elevatissima concentrazione di calcio e bicarbonati.

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