L’acqua, una risorsa preziosa: un percorso su notazione scientifica e volumi

L’acqua, una risorsa preziosa: un percorso su notazione scientifica e volumi

Protagonista di questa attività di educazione civica è l’acqua, “l’oro blu” che garantisce la nostra vita, la nostra salute e che costituisce – mediante le centrali idroelettriche, ma anche attraverso lo sfruttamento dei moti ondosi – una delle principali fonti energetiche. Per l’acqua nel $1992$ è stata istituita una specifica Giornata Mondiale1, che si celebra il $22$ marzo, e che si propone di sensibilizzare le istituzioni, nazionali e internazionali, sull’importanza di un consumo responsabile della risorsa, rinnovabile ma non incrementabile, da cui tutti noi dipendiamo imprescindibilmente. La Giornata costituisce anche l’occasione per fare il punto sullo stato di salute di mari, laghi e fiumi e sul livello di efficienza di reti idriche e fognarie nei vari Paesi, oltre che per monitorare l’impatto dei cambiamenti climatici sulla disponibilità di una risorsa destinata a diventare sempre più critica: a livello mondiale infatti, secondo l’allarme lanciato dalle Nazioni Unite, entro il $2050$ una persona su quattro rischia di soffrire di carenza duratura o ricorrente di acqua potabile. L’emergenza idrica interessa anche l’Italia, che si trova periodicamente a dover fronteggiare la crisi di approvvigionamento idrico, soprattutto in alcune aree urbane del Meridione ove spesso si rendono necessarie misure di razionamento o sospensioni dell’erogazione del servizio. All’acqua sono dedicati l’obiettivo $6$ e l’obiettivo $14$ per lo sviluppo sostenibile dell’Agenda $2030$ delle Nazioni Unite, che hanno appunto come traguardo quello di “garantire a tutti la disponibilità e la gestione sostenibile dell’acqua e delle strutture igienico-sanitarie” e “conservare e utilizzare in modo sostenibile gli oceani, i mari e le risorse marine per uno sviluppo sostenibile”, nonché specifici obiettivi del PNRR.

L’attività illustrata in questo articolo è strutturata in due parti distinte: la prima si pone come riflessione quantitativa sull’abbondanza di acqua dolce sul nostro pianeta e consolida competenze su percentuali, notazione scientifica e volumi; la seconda, invece, fornisce spunti per un dibattito su sprechi e buone pratiche, partendo da un’analisi dei dati dell’ultimo rapporto mondiale delle Nazioni Unite, pubblicato poche settimane fa, che consolida in particolare le competenze di lettura di grafici e la capacità di dedurre stime, in un’ottica generale che privilegia la sensibilizzazione sul problema rispetto alla complessità del calcolo.

Parte A

1. Confronto di dati: quanta acqua dolce è presente sulla Terra?

Iniziamo la nostra riflessione sull’acqua chiedendo ai ragazzi di stabilire se le stime sull’abbondanza dell’elemento (non semplici), fornite da due diverse fonti, sono in accordo tra loro. Gli esempi riportati costituiscono anche un primo punto di partenza per capire quanta acqua c’è e come è distribuita. Successivamente, possiamo chiedere ai ragazzi di tradurre in forma grafica questi dati.

– “Dei $1400$ milioni di chilometri cubi d’acqua presenti sul nostro pianeta2, solo il $3\%$ è dolce e, di questa, solo una piccola percentuale, pari a circa lo $0,3\%$, è a livello superficiale (laghi e fiumi)”.

– “L’acqua dolce rappresenta il $2,5\%$  dell’acqua totale sul nostro pianeta. Di questa, meno dell’$1\%$ è disponibile per il consumo umano, poiché circa il $70\%$ dell’acqua dolce terrestre è intrappolato nei ghiacciai, circa il $30\%$ è in falde sotterranee e una parte è contaminata e non adatta all’uso umano3”.

– “Il volume globale di acqua dolce liquida (meno dell’$1\%$ di tutta l’acqua presente sulla Terra in forma liquida, solida o gassosa) è stimato in $10,6$ milioni di chilometri cubi, che equivale a uno strato di acqua di $79$ metri (profondità equivalente) su tutta l’area terrestre del globo, esclusa l’Antartide. Circa il $99\%$ di questo volume è costituito da acque sotterranee e solo $1,4$ milioni di chilometri cubi di acque sotterranee accumulate sono recenti, cioè sono entrate nel sottosuolo meno di $50$ anni fa (Gleeson et al., $2016$). Stime più attuali del volume globale di acqua dolce includono quelle di Kotwicki ($2009$), $11,1$ milioni di chilometri cubi4, e di Ferguson et al. ($2021$), $15,9$ milioni di chilometri cubi (considerando solo la componente di acqua dolce sotterranea)”5

È inoltre possibile analizzare la distribuzione geografica dell’acqua dolce nei diversi continenti a partire dai dati in Figura $1$ (p. $15$) del rapporto Unesco.

2. Riflessione sugli ordini di grandezza

Che l’acqua dolce sia una frazione trascurabile dell’acqua complessivamente presente a livello terrestre può essere compreso attraverso una serie di domande e problemi sui volumi. Si può partire per esempio chiedendo ai ragazzi di determinare, sulla base dei dati precedenti, la percentuale e il volume (in litri) di acqua dolce disponibile per l’uso umano e successivamente di esprimere il volume trovato in notazione scientifica. Supponendo che tutta l’acqua presente sulla Terra occupi un volume pari a quello delimitato da un tipico banco di scuola (circa $1$ m$^{3}$) e corrispondente alla capacità di una tipica cisterna per l’acqua piovana, si può determinare quale sarebbe il corrispondente volume di acqua dolce e compilare una tabella in cui a ciascun ordine di grandezza si associa la capacità di un oggetto della vita quotidiana (un esempio è riportato sotto). Dalla tabella si evince anche di quanto bisogna variare il lato di un cubo (circa $2,154$ volte) per ottenere una variazione di un ordine di grandezza nel volume, rendendo più facilmente “visualizzabile” un intervallo di più ordini di grandezza.

Recipiente 6Volume/capacitàLato del cubo equivalenteOrdine di grandezza
Cisterna$1$ m$^{3}=1000$ l$100$ cm$10^{0}$
Scaldabagno$0,1$ m$^{3}=100$ l$\simeq 46$ cm$10^{-1}$
Confezione di $6$ bottiglie di acqua da $1,5$l$0,01$ m$^{3}=10$ l$\simeq 21$ cm$10^{-2}$
Bottiglia da $1$ l$0,001$ m$^{3}=1$ l$10$ cm$10^{-3}$
Tazza$0,0001$ m$^{3}=10$cl $\simeq 4,6$ cm$10^{-4}$

Parte B

1. Prelievo idrico: quanta acqua utilizziamo e per cosa?

A partire dai dati presenti in Figura $3$ a pagina $17$ del rapporto Unesco, possiamo chiedere ai ragazzi di determinare:
– la percentuale di prelievo di acqua per settore;
– la quantità di acqua per settore per abitante in ciascun continente;
– le aree geografiche in cui si ha il maggiore prelievo di acqua per abitante.

2. Quanta acqua viene dispersa nelle reti idriche?

La vetustà delle reti idriche è la prima causa della gestione inefficiente delle risorse idriche, che determina un significativo innalzamento della quantità d’acqua mediamente consumata per abitante. A livello europeo il nostro Paese si colloca perciò in posizioni poco lusinghiere relativamente ai prelievi, come mostra la figura $4$ del report redatto dall’Istat lo scorso anno in occasione della Giornata Mondiale sull’acqua.

Un esercizio da proporre ai ragazzi sulla base di questi dati è quello di stimare il consumo medio di acqua potabile in Europa per abitante al giorno e confrontare questo valore con il valore di $50$ l al giorno per abitante fissato dall’OMS per soddisfare i bisogni fondamentali e tutelare la dignità della persona7.

La figura può essere utile inoltre per chiedere ai ragazzi di confrontare anche il diverso contributo al totale, nei diversi Paesi, delle acque sotterranee e di quelle superficiali.

Per avere un’idea più dettagliata delle perdite a livello nazionale, è invece opportuno sottoporre ai ragazzi la Figura $2$ del report redatto dall’Istat, utilizzando la quale i ragazzi possono determinare:
– le perdite giornaliere, in m$^{3}$, per chilometro di rete nel proprio capoluogo di regione;
– una stima della perdita media nei capoluoghi di regione;
– la quantità di acqua immessa in rete per abitante in ciascun capoluogo, combinando i dati della Figura $1$ e della Figura $2$ e precisando che l’acqua immessa è la somma delle quantità erogate agli utenti e disperse in rete. 

3. Alcune “buone pratiche”

Da ultimo, possiamo concludere l’attività stimolando i ragazzi a riflettere su alcuni comportamenti che possono ridurre gli sprechi nella vita quotidiana. Per esempio può essere utile l’analisi di una serie di situazioni tipiche: l’acqua che si spreca tenendo aperto il rubinetto mentre ci si lava i denti, quella che si consuma lavando i piatti senza lavastoviglie o in una lunga doccia. In questi casi, un dato importante è rappresentato dalla portata media dei rubinetti, per la quale i ragazzi possono essere stimolati a cercare e confrontare dati disponibili in rete.


1 https://www.isprambiente.gov.it/it/evidenza/giornata-mondiale-dellacqua, https://www.aics.gov.it/news/2021/63763/
2 Dato fornito da USGS (United States Geological Survey): https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/how-much-water-there-earth?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects
3 Vedi p. $348$ del Report IEA (International Energy Agency) $2016$.
4 Shiklomanov, I. A. e Rodda, J. 2003. World Water Resources at the Beginning of the Twenty-First Century. Cambridge, Regno Unito, Cambridge University Press., citato in $5$.
5 https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000380976, p. $14$.
6 Sono qui indicati alcuni esempi di recipienti con capacità approssimativamente differenti di un ordine di grandezza l’uno dall’altro e il più possibile vicini ai valori esatti riportati nella seconda colonna.
7 https://ec.europa.eu/echo/files/evaluation/watsan2005/annex_files/WHO/WHO5%20-%20Minimum%20water%20quantity%20needed%20for%20domestic%20use.pdf, p. $2$ fig. $1$;  https://www.un.org/waterforlifedecade/pdf/human_right_to_water_and_sanitation_media_brief.pdf, p. $2$;  https://waterfund.go.ke/toolkit/Downloads/4.%20Minimum%20Water%20Requirements%202%20(WHO).pdf, p. $2$.

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