Il ciclo dell’acqua – conosciuto tecnicamente come ciclo idrologico – consiste nella circolazione dell’acqua all’interno dell’idrosfera terrestre, includendo i cambiamenti di stato fisico dell’acqua tra la fase liquida, solida e gassosa (v. passaggi di stato della materia).
Il pianeta Terra, infatti, è il pianeta dell’acqua. Si pensi a un laghetto nella stagione invernale: uno strato di acqua solida (ghiaccio) copre la superficie di una massa d’acqua liquida, mentre nell’atmosfera sovrastante vi è vapore acqueo che forma le nuvole. La Terra, inoltre, è anche l’unico pianeta del sistema solare che abbia acqua nei suoi tre stati contemporaneamente: solido, liquido e gassoso.

Per facilità, consideriamo solo 100 gocce d’acqua: 84 si trovano nell’oceano e 16 sul continente (disperse nei laghi, nei fiumi e nelle piante). Queste 100 gocce possono rappresentare tutta l’acqua che evapora sulla Terra, l’84% della quale, infatti, proviene dall’oceano e il restante 16 dai continenti.

L’evaporazione. Occupiamoci prima delle 84 gocce oceaniche che, portate dalle correnti dell’oceano (v. corrente marina), si sono trovate tutte insieme, a un certo momento, in superficie. L’aria può contenere una quantità d’acqua che varia secondo la temperatura: quanto più l’aria è asciutta e calda tanta più acqua si allontanerà dall’oceano per raggiungere l’atmosfera. In questo modo le 84 gocce evaporano, passano, cioè, dallo stato liquido a quello di vapore. Ciò non avviene senza sforzo: nell’evaporare un grammo d’acqua assorbe una quantità d’energia assai superiore a quella richiesta normalmente dagli altri composti chimici per evaporare.
Le goccioline entrano perciò nell’atmosfera con un notevole carico d’energia e l’aria calda, che è meno densa e meno pesante di quella fredda, tende a salire e le trascina in alto. Trasformate in vapore, le goccioline sono ora in balia della circolazione dell’atmosfera: può accadere che restino per un certo periodo nelle vicinanze del luogo in cui sono evaporate oppure che siano portate lontano; in questo viaggio possono rimanere sopra l’oceano o prendere la via del continente. In media 77 delle 84 goccioline, sotto forma di vapore, rimangono sull’oceano, mentre 7 si avviano verso terra.

Le nubi, la neve, la pioggia. L’atmosfera, a mano a mano che ci si allontana dalla superficie terrestre, diviene più rarefatta; inoltre, nei primi quindici chilometri, nei quali avviene la maggior parte dei fenomeni meteorologici, la temperatura diminuisce con l’altezza. Il vapore acqueo, preso in una corrente d’aria calda, sale; l’aria calda, innalzandosi, tende a raffreddarsi; più fredda diventa, meno vapore può contenere; il vapore in eccesso torna allo stato liquido sotto forma di gocce piccolissime, troppo leggere per cadere: è nata una nube.
Per lo più il ritorno allo stato liquido (condensazione) è facilitato dalla presenza di particelle solide in sospensione nell’atmosfera: minuscoli granelli di polvere o, sull’oceano, microscopici cristalli di sale sono i nuclei (detti «nuclei di condensazione») intorno ai quali incomincia a riformarsi la gocciolina d’acqua. Alcune nubi sono caratterizzate da violente correnti ascendenti e possono portare le goccioline a superare i 7000-8000 m di quota dove esistono temperature bassissime.
Le goccioline possono raggiungere anche decine di gradi sotto zero, temperatura alla quale dovrebbero diventare ghiaccio; alcuni esperimenti hanno però dimostrato che talvolta resistono fino a 40 °C sotto zero senza ghiacciare; ma se nell’aria vi sono particelle con caratteristiche adatte, dette nuclei di congelamento, si forma rapidamente un piccolo cristallo di ghiaccio che, a sua volta, serve da nucleo di congelamento per altre goccioline: si crea un fiocco di neve. Non appena questo raggiunge un certo peso, cade e si avvia verso strati più caldi dell’atmosfera, raccogliendo nella caduta altre goccioline. Quando però la temperatura supera gli 0 gradi il fiocco di neve comincia a sciogliersi, trasformandosi in una goccia di pioggia. Le 77 goccioline tornano così all’oceano dopo aver ceduto all’aria l’energia che avevano assorbito per passare da liquido a vapore.

Le altre 7 goccioline, ancora sotto forma di vapore, che si erano avviate verso il continente trascinate da una massa d’aria calda e umida, possono vagare a lungo. Ma se la massa d’aria ne incontra un’altra con caratteristiche molto diverse, per esempio una più fredda, si raffredda anch’essa. Il vapore quindi condensa e si ripetono i fenomeni visti per le gocce rimaste sull’oceano. A queste 7 goccioline oceaniche si sono nel frattempo unite le 16 gocce continentali, evaporate da laghi e fiumi o cedute dalle piante all’atmosfera attraverso la traspirazione. Anche queste 23 gocce cadono sotto forma di neve e, se la temperatura al suolo è inferiore a 0 gradi, rimangono allo stato solido; se invece la temperatura è superiore, vi arrivano sotto forma di pioggia.

La goccia di pioggia. Cadendo dalla nube, le gocce mantengono una forma sferica quasi perfetta: infatti le molecole più esterne sono legate con tale forza che la goccia appare come ricoperta da una membrana protettiva. Per questa ragione, le gocce di pioggia, colpendo il suolo, si comportano come piccoli proiettili che esplodono e scalzano i granelli più superficiali del terreno. Alcune goccioline scorrono via in superficie trascinando il terriccio, altre penetrano nel terreno o nelle minuscole fessure della roccia. Le gocce continuano a sprofondare nel suolo finché incontrano uno strato di terreno impermeabile su cui scorrono come fosse un letto di un fiume formando una falda idrica: se questo strato, a un certo punto, è interrotto, si forma una sorgente.

Nel sottosuolo, l’acqua piovana può incontrare altre acque tipicamente sotterranee: le acque giovanili, che si liberano dal magma vulcanico, e le acque «cannate» o «fossili», generalmente marine, rimaste imprigionate nelle rocce al momento in cui si sono formate. Se le goccioline si sono invece fermate nelle fessure delle rocce, possono gelare durante la notte, a causa della notevole diminuzione di temperatura, e sciogliersi di giorno: poiché l’acqua, allo stato solido, aumenta di volume, ogni volta che la gocciolina d’acqua gela, ingrossa, allargando pian piano la fessura, finche la roccia si spezza, e i frammenti vengono trascinati a valle dalla pioggia successiva. Delle 23 goccioline cadute sul continente, 16 torneranno a evaporare per poi ricadere nuovamente sulle terre emerse, mentre le 7 goccioline, nate nell’oceano, dopo essere state nelle nubi e nel vento, nel terreno, nelle rocce, negli animali e nelle piante, saranno restituite attraverso i fiumi all’oceano. In tutto il loro viaggio hanno assorbito e distribuito energia, quell’energia che fa del nostro un pianeta vivo.