le onde interne

LE ONDE INTERNE
CLASSIFICAZIONE DELLE ONDE
-ONDE DI SUPERFICIE: dovute all'effetto dei venti sull'interfaccia
acqua/aria
-ONDE INTERNE: dovute alle variazioni verticali di densità nella
colonna d'acqua
-ONDE GRAVITAZIONALI: (interne o di superficie; onde con un
periodo sufficientemente lungo da risentire dell'effetto Coriolis)
-TSUNAMI: generati dagli eventi sismici dei fondali oceanici
-ONDE PLANETARIE: onde ad ampia scala (spazio) e lungo periodo
(tempo)
-MAREE: generate dalle fluttuazioni delle attrazioni gravitazionali
della Luna e del Sole
Introductory Dynamical Oceanography, Pond & Pickard
ONDE INTERNE: onde che si formano lungo l'interfaccia tra due strati
d'acqua che presentano diverse densità. La differenza di densità genera
pressione gravitazionale o idrostatica.
ALOCLINI
PICNOCLINI
TERMOCLINI
H=altezza verticale da massimo a minimo
h'= altezza dello strato superiore
ρ'= densità dello strato superiore
h= altezza dello strato inferiore
ρ= densità dello strato inferiore
g= accelerazione di gravità
Cp=velocità di fase (o celerità)
a= ampiezza
λ= lunghezza d'onda
T= periodo
ONDE INTERNE: Differenze rispetto alle onde di superifcie (interfaccia
aria/acqua):
Δρ
g= g '
ρ
h1 h 2
he =
h1+h 2
C p = √ g ' he
RIDUZIONE DELL'ACCELERAZIONE DI GRAVITA'
(Legge di gravitazione universale: due punti materiali si
attraggono con una forza di intensità direttamente
proporzionale al prodotto delle masse dei singoli corpi e
inversamente proporzionale al quadrato della loro
distanza)
AUMENTO DELLA PROFONDITA'
RIDUZIONE DELLA VELOCITA' DI FASE
(dovuta all'effetto della minore distanza dal fondo)
EFFETTI SULLA SUPERFICIE
DIVERGENZA: upwelling
CONVERGENZA: downwelling
(Pond & Pickard, pp 222 )
ONDE INTERNE CORTE
(short internal waves)
- Λi / h1 e Λi / h2 < 2
- orbite circolari
- dispersive (la velocità di fase dipende dalla
lunghezza d'onda)
- Relazione di dispersione
- acque profonde
2
i
ω =[
ρ 2− ρ 1
ρ 2+ ρ 1
] gk
ONDE INTERNE LUNGHE
(long internal waves)
- Λi / h1 e Λi / h2 > 20
- orbite ellittiche
- non dispersive (la velocità di fase rimane costante al
variare della lunghezza d'onda)
- Relazione di dispersione
- acque superficiali
gk Δ ρ h1 h2
ω =(
)(
)
ρ2
h1+h 2
i
2
2
ONDE GRAVITAZIONALI E/O GIROSCOPICHE
Macroscala
Onde di Sverdrup e Poincarè: onde con periodi (T) che si avvicinano a 1/2 del “pendulum day” (=
giorno siderale/sinΦ). Sono onde dispersive con frequenza sempre maggiore di f, quindi non
rappresentano moti geostrofici. Solo quando la lunghezzza d'onda è inferiore al raggio di Rossby,
allora il parametro di Coriolis è trascurabile , le onde non risentono della rotazione e non sono
dispersive.
Onde di Kelvin: nell'emisfero Nord, una massa d'acqua che si sposta verso nord viene deviata
verso destra per effetto della forza di Coriolis. Se incontra una barriera fisica (costa) sulla destra,
si genera un gradiente di pressione e la massa d'acqua si muove parallela alla costa in una corrente
geostrofica (onde GUIDA). L'effetto di Coriolis verso destra viene bilanciato dal gradiente di
pressione verso sinistra La loro frequenza è troppo bassa per generare onde di Poincarè-Sverdrup e
troppo alte per generare le onde di Rossby. Ùn esempio di onda di Kelvin sono le forzanti mareali.
Onde di Rossby o onde planetarie: dovute all'aumento del parametro di Coriolis con la latitudine,
unitamente alla condizione di conservazione del momento angolare. Si presentano come
oscillazioni inerziali attorno al "punto di equilibrio" dato dal perfetto bilancio geostrofico,
situazione in cui le forze di pressione sono esattamente bilanciate dalla forza di Coriolis.
la forza di Coriolis è una forza apparente a cui risulta soggetto un corpo quando si osserva il suo moto da un sistema di
riferimento che sia in moto circolare rispetto a un sistema di riferimento inerziale.
INTERAZIONE FISICO-BIOLOGICA
-Onde interne come pompa di nutrienti
-Onde interne e produzione fitoplanctonica
-Onde interne e concentrazione/trasporto degli
organismi planctonici
Pompa di nutrienti
Nelle zone di convergenza la materia organica
si accumula in fasce, parallele alle creste
d'onda e anteriori rispetto ad esse. I fenomeni
di convergenza, di consueto, creano
increspature sulla superficie del mare, che in
questo caso appaiono, invece, come piccoli
ripple o bande completamente piatte, dette
SLICKS. Questo “spianamento” superficiale è
causato dall'aumento di tensione superficiale
provocato dalla grande abbondanza di materia
organica associata alle zone di convergenza.
Il fenomeno si amplifica verso costa, perchè
l'ampiezza aumenta verso fondali più bassi.
Produzione fitoplanctonica
Sopra al picnoclino: il fattore limitante per il fitoplancton è rappresentato dai NUTRIENTI.
Alla base del picnoclino: il fattore limitante per il fitoplancton è rappresentato dalla LUCE.
I picchi di clorofilla, in acque stratificate, si trovano spesso in prossimità del picnoclino.
Le onde interne causano l'oscillazione del fitoplancton sopra e sotto il picnoclino, aumentando
alternativamente sia l'apporto di nutrienti (sotto) che di luce (sopra).
Lande and Yentsch, 1988
Concentrazione/trasporto del plancton
Kingsford and Choat, nel 1986, studiano le onde
interne e l'abbondanza di larve e giovanili di
pesce a largo delle coste neo-zelandesi.
Osservazioni:
-pesci molto più abbondanti in vicinanza di
accumuli algali
-abbondanze maggiori sulle “slicks” (zone di
convergenza) che sulle zone di ripple
-quando onde interne e slicks non sono presenti,
alghe e pesci sono distibuiti in nuclei a diverse
distanze dalla costa
-quando si formano, le alghe (di conseguenza i
pesci) si accumulano in prossimità di fasce
parallele alla costa
Strumenti e piattaforme di misura
Correntometri
Veicoli trainati
Radar ad apertura sintetica
Testi consigliati
“Ocean circulation” BROWN et al. (pp.140)
“Introductory Dynamical Oceanography” S. POND and G. L. PICKARD (pp.236-251)
“An introduction to Ocean turbolence” THORPE (pp.209)
“Principles of Ocean Physics” J. R. APEL (pp.219)
“Geophysical Fluid Dynamics” PEDLOSKY (pp.424)
“Dynamics of Marine Ecosystem” K .H. MANN (pp.222-235)
“Principles of Physical Oceanography” NEUMANN (pp.383)