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Unità
4
Le acque
oceaniche
Test e mappe interattivi,
file audio mp3, glossario
multimediale su disco
e online
I contenuti
L’ambiente marino
è abitato da migliaia
di specie di organismi.
Nella foto i bellissimi
pesci farfalla
mascherati, tipici
del Mar Rosso.
Lezione 1 Il ciclo dell’acqua e il bilancio
idrico
Lezione 2 Le acque marine
Lezione 3 La circolazione oceanica
Lezione 4 Onde e maree
I risultati attesi
Conoscenze
●
●
●
●
●
conoscere la distribuzione delle riserve
idriche sulla Terra
conoscere il ciclo idrologico
sapere come varia la salinità dell’acqua
marina
conoscere la stratificazione delle acque
oceaniche
conoscere i principali movimenti che
caratterizzano le acque oceaniche
Abilità
●
●
●
comprendere da quali fattori dipende
il ciclo idrologico
saper correlare i principali movimenti delle
acque oceaniche alle cause che li generano
comprendere la relazione che esiste tra
i movimenti delle acque oceaniche e il
clima
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78 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
Lezione
1
Il ciclo dell’acqua
e il bilancio idrico
In questa lezione
Le domande guida
Le parole chiave
■
Qual è la distribuzione delle riserve d’acqua sulla Terra?
■
Che cosa si intende per ciclo idrologico?
■
Da quali forze è alimentato tale ciclo?
■
Qual è il bilancio idrico complessivo sulla Terra?
ø Figura 1.1
La distribuzione
dell’acqua sulla Terra.
idrosfera hydrosphere
ciclo idrologico water cycle
infiltrazione infiltration
bilancio idrico water balance
L’acqua si trova quasi ovunque sulla Terra: negli oceani, nei ghiacciai, nei fiumi, nei laghi, nell’aria, nel
suolo e nei tessuti degli esseri viventi. L’idrosfera
terrestre è l’insieme di tutte queste riserve d’acqua.
Il contenuto d’acqua dell’idrosfera è pari a circa
1,36 miliardi di km3 (che equivale a quello di circa
7000 miliardi di piscine olimpioniche!). La maggior parte dell’acqua, circa il 97,2%, è raccolta negli
oceani, che ricoprono più di due terzi della superficie terrestre; le calotte glaciali e i ghiacciai di montagna costituiscono un altro 2,15%. Il restante 0,65%
si ripartisce tra acque sotterranee (la maggior parte), laghi, corsi d’acqua superficiali e vapor d’acqua
atmosferico (figura 1.1): si tratta di una piccola frazione del volume totale d’acqua presente sulla Terra, ma è una quantità molto grande se considerata
in termini assoluti.
laghi d’acqua
dolce (0,009%)
laghi salati
e mari interni
(0,008%)
2,8%
oceani
97,2%
acqua nel suolo
(0,005%)
atmosfera
(0,001%)
corsi d’acqua
(0,0001%)
ghiacciai
2,15%
0,62%
falde acquifere
idrosfera
componente non oceanica
(% sul totale dell’idrosfera)
■ Il ciclo idrologico
Le acque raccolte nelle diverse riserve non restano
immobili. Alle condizioni di pressione e temperatura presenti sulla superficie terrestre, l’acqua può, infatti, passare rapidamente da uno stato di aggregazione all’altro (solido, liquido e gassoso). Ciò fa sì che
essa sia in costante movimento dagli oceani all’atmosfera, dall’atmosfera alla terraferma e dalla terraferma di nuovo agli oceani, in un ciclo senza fine.
Questa circolazione continua dell’acqua presente nel
nostro pianeta costituisce il ciclo idrologico, una
componente fondamentale della dinamica del sistema Terra.
Il ciclo idrologico è un gigantesco sistema esteso a livello globale e alimentato dall’energia del Sole e dalla gravità (figura 1.2). Al suo interno, l’atmosfera costituisce il “ponte” di collegamento tra gli oceani e i
continenti. Dagli oceani e, in misura molto minore, dai
continenti, l’acqua evapora nell’atmosfera (ogni anno
circa 320 000 km3 dagli oceani e 60 000 km3 dalla terraferma). I venti trasportano poi l’aria carica di umidità anche a grandi distanze, fino a quando si verificano condizioni tali da determinare la condensazione
e la conseguente formazione di nubi e di precipitazioni. L’acqua che ricade direttamente nell’oceano sotto forma di precipitazioni (circa 284 000 km3) completa il ciclo e può ricominciarne un altro, mentre quella
che cade sui continenti (circa 96 000 km3) può evaporare nuovamente (circa 60 000 km3), oppure intraprende un percorso più o meno lungo per ritornare al
mare e chiudere così il ciclo (circa 36 000 km3).
Quando le precipitazioni cadono sulla terraferma,
una parte dell’acqua penetra nel terreno in un processo chiamato infiltrazione. Si tratta del movimento verticale che l’acqua superficiale compie attraverso le fessure e le porosità del suolo. L’acqua assorbita
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 79
precipitazioni
precipitazioni
evaporazione e traspirazione
dal suolo scende lentamente in pro284 000 km3
60 000 km3
96 000 km3
fondità e può spostarsi orizzontalmente fino a immettersi nei laghi, nei
corsi d’acqua o direttamente nell’oceano. Quando, invece, la quantità di
pioggia supera la capacità del terreno di assorbirla, le acque in eccesso,
evaporazione
320 000 km3
chiamate acque selvagge o dilavanti,
scorrono in superficie in un processo
deflusso
chiamato deflusso superficiale.
36 000 km3
Gran parte dell’acqua che si infiltra nel
terreno o defluisce in superficie ritorna,
infine, nell’atmosfera evaporando dal suooceani
infiltrazione
lo, dai laghi e dai corsi d’acqua. Una parte
dell’acqua che penetra nel terreno, inoltre,
viene assorbita dalle piante, che la rilasciano
poi nell’atmosfera attraverso la traspirazione.
Dato che non è possibile distinguere chiarameno Figura 1.2 Il ciclo
te la quantità d’acqua che evapora e quella che
e basterebbe a ricoprire l’intera superficie terrestre con
idrologico. Accanto a ogni
invece ritorna nell’atmosfera per effetto della trauno strato d’acqua alto circa un metro.
fase del ciclo è indicato
spirazione, di solito si utilizza il termine evapotraDato che la quantità totale di vapor d’acqua presenil volume d’acqua
spirazione per indicare i due processi combinati.
te nell’atmosfera rimane pressappoco costante, le
associato annualmente.
In che modo l’acqua
Se le precipitazioni cadono in regioni molto fredde
precipitazioni che cadono ogni anno sulla Terra defa ritorno agli oceani?
(ad altitudini o a latitudini elevate), è possibile che
vono eguagliare in media la quantità d’acqua eval’acqua, invece di penetrare immediatamente nel
porata. In realtà, sui continenti la quantità complesterreno, defluire in superficie o evaporare, si deposiva di precipitazioni supera quella d’acqua evaporata,
siti sotto forma di cristalli di ghiaccio e contribuimentre sugli oceani accade il contrario; tuttavia, i
sca a formare una coltre di neve oppure un ghiac36 000 km3 d’acqua che annualmente defluiscono
ciaio. I ghiacciai continentali, come l’Antartide,
dalla terraferma al mare compensano la perdita caucostituiscono immensi serbatoi d’acqua: se dovessata dall’eccesso di evaporazione, e il bilancio è nulsero fondere completamente, il livello del mare salo. Se oggi, come abbiamo visto, il livello degli ocealirebbe di varie decine di metri e le attuali aree costieni sta progressivamente salendo, ciò dipende dal
re verrebbero sommerse.
riscaldamento globale che causa la fusione di parte
dei ghiacciai continentali.
Parola per parola
Il bilancio idrico La figura 1.2 rappresenta il biTraspirazione deriva dal
latino trans, che significa
lancio idrico complessivo della Terra, poiché vi è inSai rispondere?
“attraverso”, e spı̄ro,
dicato il volume di acqua associato annualmente a
“soffiare”, e indica
1.
Che
cosa
si
intende
per
acque
selvagge?
ogni fase del ciclo. La quantità di vapor d’acqua prel’emissione d’acqua allo
2. Che cos’è l’infiltrazione?
sente nell’aria in ogni istante è soltanto una piccola
stato di vapore da parte
delle piante.
3. Che cosa si intende per evapotraspirazione?
frazione della riserva totale d’acqua del nostro pianePer quale scopo pensi
ta. Tuttavia, la quantità assoluta d’acqua che viene
4. Qual è l’ammontare d’acqua che evapora
venga utilizzato
rimessa in circolo attraverso l’atmosfera nell’arco di
mediamente ogni anno dalla superficie terrestre?
lo strumento medico
noto come spirometro?
un anno è immensa (indicativamente 380 000 km3)
Il tempo di evaporazione
Materiali occorrenti
■ bicchiere di vetro
■ ciotola di vetro
■ vassoio con i bordi rialzati
o contenitore analogo
■ acqua del rubinetto
Il procedimento
1. Dopo esserti procurato i tre contenitori, assicurandoti che abbiano una base di ampiezza
diversa l’uno dall’altro, riempili con la stessa
quantità di acqua del rubinetto (circa 150 ml).
2. Poni i contenitori all’esterno, per esempio sul
davanzale di una stessa finestra. La posizione deve essere tale per cui l’eventuale pioggia non vi cada all’interno e l’esposizione al
Sole sia la stessa.
3. Osserva ogni giorno il livello dell’acqua e registra per ogni contenitore il momento in cui
è completamente scomparsa.
4. Ripeti infine la stessa esperienza, ma posizionando i contenitori all’interno della stanza
o della classe.
Le conclusioni
A. In quale contenitore l’acqua si è consumata
prima? In quale per ultima?
B. Quale ritieni sia la ragione di questa differenza?
C. Dov’è andata a finire l’acqua inizialmente
presente nei contenitori?
D. Che cosa cambia tra la prova eseguita all’esterno e quella all’interno della stanza?
Perché?
AREA COMPETENZE * AREA COMPE
Minilab
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80 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
Lezione
2
Le acque marine
In questa lezione
Le domande guida
Le parole chiave
■
Che cos’è e come si misura la salinità dell’acqua di
mare?
■
Da dove provengono i sali disciolti nell’acqua marina?
■
Da che cosa dipende la densità dell’acqua?
■
Quali sono gli strati che si possono distinguere negli
oceani?
ø Figura 2.1
Composizione dell’acqua
di mare. Il grafico
rappresenta le proporzioni
relative d’acqua e di
componenti disciolti
nell’acqua di mare.
Gli elementi, indicati
con il loro simbolo
chimico, sono il cloro (Cl⫺),
il sodio (Na⫹), il solfato
(SO42⫺), il magnesio
(Mg2⫹), il calcio (Ca2⫹),
il potassio (K⫹), lo stronzio
(Sr2⫹), il bromo (Br⫺)
e il carbonio (C).
salinità salinity
termoclino thermocline
picnoclino pycnocline
zona fotica photic zone
Quando si definisce la Terra “pianeta d’acqua” non
si sbaglia: quasi il 71% della sua superficie è ricoperto dagli oceani. L’immagine della Terra vista dallo spazio ci rivela un pianeta dominato da masse
d’acqua comunicanti tra loro, che formano un unico grande oceano. Il volume delle acque oceaniche
è così grande che, se la Terra fosse un solido perfettamente sferico e liscio, queste ne ricoprirebbero
l’intera superficie con uno strato di spessore uniforme di oltre 2000 m!
■ La composizione dell’acqua di
mare
L’acqua di mare contiene sostanze disciolte che la
rendono “salata” e quindi non potabile e nociva per
la maggior parte degli organismi vegetali. La quantità di sali disciolti in una data quantità d’acqua è
indicata dalla salinità, ovvero il rapporto tra la mas-
sale 35 grammi
2⫺
SO4 7,7%
2⫹
Mg
2⫹
1,2%
⫹
1,1%
elementi
in tracce
0,7%
(Sr2⫹, Br⫺ , C)
Na⫹
30,6%
salinità
dell’acqua di mare = 35‰
Ca
K
acqua
965 grammi
3,7%
Cl⫺
55,0%
componenti disciolti
sa delle sostanze disciolte (sali) e la massa della soluzione (acqua ⫹ sali). Questa grandezza, in genere,
è espressa in percentuale (%). Per le sostanze disciolte nell’acqua di mare i numeri sono però molto
piccoli, quindi gli oceanografi preferiscono esprimere la salinità in parti per mille (‰); la salinità media
dell’acqua di mare, pari a 3,5%, si può quindi indicare come 35‰.
Nella figura 2.1 sono illustrati i principali elementi che
contribuiscono alla salinità dell’acqua di mare, presenti in genere sotto forma di ioni. Il composto più abbondante è il cloruro di sodio (il comune sale da cucina) che costituisce, insieme ad altri quattro sali, il 99%
di tutte le sostanze disciolte negli oceani. Esistono
numerosi altri elementi, come il fosforo e l’azoto, che,
pur essendo presenti in quantità minime, svolgono
un ruolo fondamentale nel mantenere le condizioni
chimiche necessarie alla vita nel mare. Queste sostanze nutrienti sono, infatti, indispensabili per la produzione della sostanza organica da cui dipende l’intera catena alimentare marina.
L’origine dei sali marini Una delle fonti dei sali
presenti nell’acqua di mare è l’azione solvente delle acque superficiali sulle rocce continentali. Bastano, per esempio, poche sostanze acide disciolte nell’acqua piovana per renderla “aggressiva” e in grado
di portare in soluzione diversi minerali delle rocce.
I minerali disciolti nell’acqua defluiscono poi verso
gli oceani: ogni anno, si stima che 2,3 miliardi di
tonnellate di questi materiali raggiungano le acque
marine. La seconda fonte degli elementi presenti
nell’acqua di mare è l’attività vulcanica. Attraverso le eruzioni vulcaniche avvenute nel corso della
storia della Terra sono state emesse grandi quantità di vapor d’acqua, gas e altre sostanze, che poi sono ricadute negli oceani.
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 81
Anche se questi meccanismi introducono continuamente sostanze disciolte negli oceani, la salinità dell’acqua non aumenta: le sostanze, infatti, vengono
sottratte all’acqua con uguale rapidità. Alcuni sali disciolti, per esempio, sono prelevati da organismi che
li utilizzano per costruire gusci o scheletri, mentre
altri precipitano sul fondo sotto forma di sedimenti.
iceberg
evaporazione
scorrimento
dalla terraferma
■ Le variazioni di temperatura negli
oceani
Negli oceani, la temperatura dell’acqua in superficie varia in base alla quantità di radiazioni solari
ricevute, che a sua volta dipende essenzialmente
dalla latitudine (figura 2.3). L’intensità delle radiazioni solari alle alte latitudini è significativamente
inferiore a quella presente alle latitudini tropicali,
di conseguenza avvicinandosi ai poli le temperature superficiali dell’acqua sono molto inferiori rispetto a quelle che si riscontrano avvicinandosi all’Equatore.
30
37
temperatura
20
36
10
35
0
34
salinità
–10
33
–20
60°
nord
40°
20° 0° 20° 40°
latitudine
60°
sud
32
salinità (‰)
I gas disciolti Oltre ai sali, l’acqua di mare contiene anche gas disciolti che derivano principalmente
dall’atmosfera e, in minor misura, dall’attività vulcanica sottomarina e da processi chimici o biologici. La concentrazione di gas è direttamente proporzionale alla pressione e inversamente proporzionale
alla salinità e alla temperatura. I gas più importanti sono l’ossigeno, indispensabile per la respirazione degli organismi, e il diossido di carbonio, necessario per la fotosintesi.
ghiaccio marino
temperatura (°C)
I processi che influenzano la salinità dell’acqua di mare Poiché le quantità relative dei principali sali disciolti nell’acqua di mare restano circa costanti, le variazioni di salinità che si riscontrano in
superficie sono dovute essenzialmente a differenze
nel contenuto d’acqua della soluzione, che può risultare più diluita o più concentrata per effetto di
diversi processi (figura 2.2). Tra quelli che apportano grandi quantità d’acqua dolce nei mari, e fanno
quindi diminuire la salinità, vi sono le precipitazioni, il deflusso superficiale e sotterraneo e la fusione di iceberg e di ghiaccio marino galleggiante
in superficie. Tra i processi che rimuovono grandi
quantità d’acqua dolce dagli oceani, e fanno quindi
aumentare la salinità, vi sono l’evaporazione e la formazione del ghiaccio.
Alti tassi di salinità si riscontrano quindi nelle regioni con elevata evaporazione, come quelle subtropicali aride, mentre tassi di salinità minori sono caratteristici delle zone in cui le precipitazioni diluiscono
le acque degli oceani, come accade alle medie latitudini e vicino all’Equatore. In particolare, nelle regioni polari la salinità superficiale varia stagionalmente in base alla formazione e alla fusione del ghiaccio
marino: quando in inverno l’acqua gela, i sali non
entrano a far parte del ghiaccio e la salinità superficiale aumenta; quando in estate il ghiaccio fonde,
l’aggiunta d’acqua dolce diluisce la soluzione e fa diminuire la salinità.
La salinità superficiale in oceano aperto è normalmente compresa tra 33‰ e 38‰, tuttavia in alcuni mari si osservano situazioni estreme. Nei bacini
chiusi del Golfo Persico e del Mar Rosso, dove l’evaporazione è di molto superiore alle precipitazioni,
la salinità può superare il 42‰, mentre nel Mar Baltico, dove i fiumi e le precipitazioni apportano grandi quantità d’acqua dolce e l’evaporazione è ridotta,
è spesso inferiore al 10‰.
o Figura 2.2 I processi
che influenzano la salinità
superficiale dell’acqua
di mare.
Ø Figura 2.3 Variazioni
di temperatura e salinità
superficiali in funzione
della latitudine.
Secondo te, perché
la curva della salinità
presenta un minimo
in corrispondenza
dell’Equatore?
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82 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
O Figura 2.4 Variazioni
della temperatura in
funzione della profondità.
basse latitudini
temperatura (°C)
Lo strato in cui si verifica
una rapida variazione della
temperatura delle acque
oceaniche con la
profondità, chiamato
termoclino, è presente
solo alle basse latitudini.
profondità (m)
0
4
8 12 16 20 24 0
termoclino
alte latitudini
temperatura (°C)
4
8 12 16 20 24
termoclino
assente
1000
■ Le variazioni di densità negli
oceani
2000
La densità dell’acqua è un’importante proprietà delle acque oceaniche: le differenze di densità fanno sì
che grandi masse d’acqua marina si possano spostare in direzione verticale, sprofondando o risalendo
in superficie.
3000
Parola per parola
Termoclino deriva dal
greco thermós, “caldo”,
e klíno “inclinare”, e indica
lo strato d’acqua oceanica
caratterizzato da una
rapida diminuzione della
temperatura con
la profondità.
La curva relativa alle alte latitudini mostra un andamento diverso. Le acque superficiali hanno temperature molto basse e anche in profondità la temperatura è simile a quella della superficie: la curva,
pertanto, rimane verticale. Alle alte latitudini, quindi, non c’è un termoclino, e la curva è isotermica.
Il rapporto tra temperatura e profondità Le acque superficiali sono riscaldate dal Sole e, di solito,
hanno temperature più elevate rispetto a quelle profonde; tuttavia, l’andamento della temperatura in
relazione alla profondità dipende anche dalla latitudine.
La figura 2.4 illustra l’andamento della temperatura
in funzione della profondità alle basse e alle alte latitudini. La curva delle basse latitudini indica temperature elevate in superficie che diminuiscono rapidamente con la profondità, perché i raggi solari non
riescono a penetrare oltre un certo spessore. Lo strato d’acqua compreso tra 300 m e 1000 m, in cui si verifica una rapida diminuzione della temperatura all’aumentare della profondità, si chiama termoclino. A
profondità superiori a 1000 m la temperatura si stabilizza attorno ai 2-3 °C (pochi gradi, cioè, sopra il
punto di congelamento, che per l’acqua marina è di
–2 °C), e rimane relativamente costante fino al fondo.
I fattori che influenzano la densità dell’acqua di mare La densità dell’acqua di mare è influenzata principalmente da due fattori: la salinità
e la temperatura. Se aumentano le sostanze disciolte in una data quantità d’acqua (e quindi la salinità), aumenta anche la densità. Un aumento di temperatura, al contrario, causa un’espansione termica
(quindi un aumento di volume) e ha come conseguenza una diminuzione della densità (che è il rapporto tra massa e volume).
In superficie, è la temperatura a influenzare maggiormente la densità dell’acqua marina, perché le sue
variazioni sono maggiori rispetto a quelle della salinità. Soltanto nelle aree oceaniche in prossimità
dei poli, dove le temperature sono basse e restano circa
costanti nel corso dell’anno, la salinità influisce in
modo significativo sulla densità. Le acque più dense del mondo sono proprio le acque fredde con elevata salinità.
Un po’ di storia
L’esplorazione dei fondi oceanici
L’esplorazione indiretta e diretta dei fondi oceanici
è stata ed è tuttora fondamentale nello studio della
dinamica terrestre. Vediamone le tappe principali.
1872-76 Con la
Spedizione Challenger
nasce l’oceanografia
moderna. La nave
oceanografica Challenger,
utilizzata per la spedizione,
viene dotata di laboratori e
di strumenti per l’esplorazione
degli oceani e dei fondi.
1850
1903 Nasce il progetto GEBCO
(General Bathymetric Chart of
the Oceans). Fondato da un
gruppo internazionale di geografi
e oceanografi, e tuttora attivo,
il progetto ha lo scopo di realizzare
rappresentazioni batimetriche
degli oceani e dei mari del mondo.
1872-76
1905 Il primo
batiscafo.
Auguste Piccard
realizza in Belgio
il prototipo del
primo batiscafo,
un veicolo
sommergibile
adatto alle grandi
profondità.
1900
1903
1934 La discesa con
la batisfera. William
Beebe e Otis Barton
scendono a più di 900 m
di profondità con una
batisfera, una grossa
sfera di acciaio munita
di oblò, pesante 2450 kg
e sospesa a un lungo
cavo d’acciaio.
1905
1934
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 83
■ La stratificazione delle acque
oceaniche
Gli oceani mostrano una stratificazione in relazione
alla densità che vicino alla superficie è bassa, mentre
in profondità diventa elevata. Sulla base di queste osservazioni, gli oceanografi distinguono, nella mag-
basse latitudini
alte latitudini
densità (g/cm3)
densità (g/cm3)
0 1,025 1,026 1,027 1,028 0 1,025 1,026 1,027 1,028
profondità (m)
Come varia la densità con la profondità La
temperatura e la salinità e, di conseguenza, la densità dell’acqua, variano con la profondità. Nella figura 2.5 sono rappresentati due grafici che mettono
in relazione la densità e la profondità; le due curve
rappresentate sono pressoché speculari rispetto a
quelle della figura 2.4, perché la temperatura è il fattore che influenza maggiormente la densità dell’acqua marina ed è inversamente proporzionale a essa.
La curva riferita alle basse latitudini indica una ridotta densità superficiale, che dipende dalle elevate temperature. La densità, tuttavia, aumenta rapidamente con la profondità, perché la temperatura
si abbassa, fino a raggiungere il valore massimo alla profondità di circa 1000 m. A partire da questo punto, sino a raggiungere il fondale, la densità resta costante ed elevata. Lo strato di acqua compreso tra
300 m e 1000 m, in cui si verifica un rapido cambiamento di densità al crescere della profondità, si
chiama picnoclino e costituisce una barriera che impedisce il mescolarsi delle acque superficiali con
quelle sottostanti.
Alle alte latitudini, invece, è presente acqua con elevata densità (fredda) sia in superficie sia a profondità maggiori. In questo caso, la curva della densità
resta costante e non è presente alcun picnoclino: la
curva è isopicnica.
picnoclino
assente
picnoclino
1000
Ø Figura 2.5 Variazioni
della densità in funzione
della profondità. Lo strato
in cui si verifica una rapida
variazione della densità
delle acque oceaniche con
la profondità, chiamato
picnoclino, è presente solo
alle basse latitudini.
2000
3000
gior parte degli oceani aperti, una struttura a tre strati: una zona superficiale, una zona di transizione e
una zona profonda (figura 2.6 a pagina seguente).
Zona superficiale Dato che le radiazioni solari colpiscono la superficie dell’acqua, è nella zona superficiale che le temperature sono più elevate. Il mescolamento delle acque superficiali, causato dalle onde,
dalle correnti e dalle maree, crea un rapido scambio
di calore verticale e in questa zona le temperature
sono quasi uniformi, variando invece in relazione alla latitudine e alla vicinanza alla costa: le aree polari hanno temperature molto basse, appena inferiori
a 0 °C, che possono arrivare al massimo a 30 °C nell’oceano aperto e raggiungere addirittura i 40 °C in lagune e golfi. Lo spessore della zona superficiale varia anch’esso in base alla latitudine e alla stagione:
di solito raggiunge 300 m di profondità, ma può essere anche di 450 m.
Parola per parola
Picnoclino deriva dal greco
pycnós, “denso”, e klíno,
“inclinare”: indica quindi
lo strato d’acqua
caratterizzato da un rapido
aumento della densità con
la profondità.
A cosa pensi che serva
uno strumento, utilizzato
per esempio in
mineralogia, che si
chiama picnometro?
Isopicnico deriva da iso,
“stesso” e pycnós,
“denso”, e significa
“stessa densità”.
Scrivila tu!
1940-45 L’esplorazione
del Pacifico. Durante
la guerra Harry Hess,
al comando di una nave
dotata di sonar, studia
le profondità dell’Oceano
Pacifico.
1953 La prima
immersione del
batiscafo Trieste.
Costruito a Monfalcone
e assemblato a
Castellamare di Stabia,
tocca i 3700 metri
di profondità al largo
di Capri.
1940-45
1950
Nel 2009 Nereus, un veicolo sottomarino a comando remoto, ha raggiunto per la terza volta il fondo della Fossa delle Marianne. Quale altro robot era già riuscito
nell’impresa? Cerca qualche informazione su Nereus e
sugli obiettivi scientifici di questa nuova missione.
1957-58 L’identificazione
delle dorsali mediooceaniche. Avvenuta grazie
al lavoro di numerosi
oceanografi, la scoperta
permetterà la formulazione
della teoria della tettonica
delle placche.
1953
1957-58
1960
1960
L’esplorazione
della Fossa delle
Marianne. Jacques
Piccard e Don Walsh,
a bordo del Trieste,
scendono sul fondo
del Challenger Deep
(10 911 metri di
profondità), il punto
più profondo della
Fossa delle Marianne,
nell’Oceano Pacifico.
1974
1974 In
batiscafo
sulla dorsale
medioatlantica.
I batiscafi Cyana,
Archimede
(francesi) e Alvin
(statunitense) del Progetto FAMOUS
(France American Mid Ocean Undersee
Study) esplorano la dorsale
medioatlantica, portando prove
a conferma della teoria della deriva
dei continenti.
2000
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84 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
zona di transizione (18%)
zona superficiale di mescolamento (2%)
zona profonda (80%)
fondo oceanico
60° N
40°
o Figura 2.6 La
stratificazione degli
oceani. Gli oceanografi
distinguono tre strati
principali basati sulla
densità dell’acqua: la zona
superficiale di acque calde;
la zona di transizione, che
comprende il termoclino e
il picnoclino, e la zona
profonda, di acqua fredda
e densa.
20°
0°
Zona di transizione Al di sotto della zona superficiale riscaldata dal Sole, la temperatura scende rapidamente con la profondità. Qui, tra lo strato superficiale caldo e la zona profonda di acqua fredda, si
distingue la zona di transizione, che comprende un
termoclino e il picnoclino a esso associato.
Zona profonda Al di sotto della zona di transizione si trova la zona profonda, mai raggiunta dalla radiazione solare: le temperature sono di pochi gradi
superiori al punto di congelamento e la densità dell’acqua rimane costante ed elevata. Il fatto che la zona profonda rappresenti circa l’80% dell’acqua oceanica totale ci dà un’indicazione sulla profondità degli
oceani (la media è di 3729 m).
Alle alte latitudini non si osserva questa stratificazione delle acque oceaniche, perché la colonna d’acqua è isotermica e isopicnica, cioè non presenta rapidi cambiamenti di temperatura e densità al variare
della profondità. Di conseguenza, può verificarsi un
buon mescolamento verticale tra le acque di superficie e le acque profonde, che può innescare la formazione di correnti.
■ La profondità dell’acqua
20°
60° S
degli organismi marini vive nelle acque superficiali
illuminate dal Sole: le radiazioni solari consentono la
fotosintesi da parte delle alghe marine che, direttamente o indirettamente, riforniscono di sostanze nutritive la maggior parte degli altri organismi.
La zona superficiale dell’oceano in cui penetra la luce solare è chiamata zona fotica; la zona eufotica è
la parte della zona fotica più vicina alla superficie, dove la luce è sufficientemente intensa da permettere
la fotosintesi. Nell’oceano aperto, la zona eufotica
può raggiungere i 100 m di profondità, mentre è
molto meno profonda in vicinanza della costa, dove la trasparenza dell’acqua è ridotta. Nella zona fotica inferiore gli animali si sono adattati a sfruttare
la luce ancora disponibile per cercare cibo, sfuggire
ai predatori e riconoscere i membri della propria
specie. Più in profondità si trova la zona afotica,
dove la luce solare non arriva; essa ospita diverse
specie, come i calamari giganti, che si sono adattate alla vita negli abissi.
Sai rispondere?
1. Perché la salinità marina tende a rimanere costante
2.
e le forme di vita
L’ambiente marino è popolato da una grande varietà di organismi di dimensioni molto variabili, dalle
alghe e batteri, di dimensioni microscopiche, alle balene azzurre, lunghe fino a 30 m. La maggior parte
40°
3.
4.
5.
nel tempo?
Quale relazione esiste tra la latitudine
e la temperatura oceanica superficiale?
Che cosa si intende per termoclino?
Quali fattori influiscono sulla densità dell’acqua?
Che cosa si intende per picnoclino?
AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE
Minilab
In che modo la temperatura influisce sulla densità dell’acqua?
Materiali occorrenti
■ 2 becher (A e B)
■ 2 cilindri graduati da 100 ml (A e B)
■ 2 provette (A e B)
■ agitatore
■ colorante per alimenti
■ ghiaccio
■ acqua del rubinetto
Il procedimento
1. Versa nel becher A un po’ d’acqua di rubinetto fredda e aggiungi qualche cubetto di ghiaccio. Quindi agita accuratamente.
2. Riempi il cilindro graduato A con 100 ml di acqua prelevata dal becher, facendo attenzione
a non versare anche frammenti di ghiaccio.
3. Metti 2-3 gocce di colorante nella provetta A
e riempila con acqua di rubinetto calda.
4. Versa delicatamente il contenuto della provetta nel cilindro graduato A e registra quello che accade.
5. Versa nel becher B un po’ d’acqua di rubinetto fredda, 2-3 gocce di colorante, qualche
cubetto di ghiaccio. Quindi agita accuratamente.
6. Riempi la provetta B per circa metà del suo volume con il liquido del becher B, facendo attenzione a non versare frammenti di ghiaccio.
7. Riempi il cilindro graduato B con 100 ml di acqua di rubinetto calda.
8. Versa delicatamente il contenuto della provetta nel cilindro graduato B e registra quello che accade.
Le conclusioni
A. Quali differenze hai osservato nel comportamento dei due campioni d’acqua rispettivamente nella fase A e nella fase B?
B. Quale dei due campioni d’acqua era il più
denso nella fase A, e quale nella fase B?
C. Perché la temperatura influisce sulla densità dell’acqua?
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Pagina 85
Per approfondire
85
La batimetria
L’oceanografia è la scienza che si occupa dello studio degli oceani, con particolare attenzione alla comprensione dei processi che in
essi avvengono, siano questi di natura biologica, geologica, chimica o fisica. Lo studio dei
fondi oceanici e in particolare della loro morfologia, della loro profondità e della loro rappresentazione grafica è di pertinenza della batimetria, una branca dell’oceanografia.
L’ecoscandaglio
I primi strumenti utilizzati in batimetria erano semplici scandagli manuali, costituiti da
una lunga cima con una sonda di piombo all’estremità, in grado di misurare semplicemente la profondità di uno specchio d’acqua.
Gli strumenti utilizzati oggi per l’esplorazione dei fondi oceanici sono gli ecoscandagli; essi
derivano dai SONAR, impiegati a scopo bellico nel secolo scorso per rintracciare i sottomarini, e si basano sulla misura del tempo
che trascorre dall’invio alla ricezione di un
impulso sonoro inviato dallo scafo dell’imbarcazione e riflesso dal fondo marino. Nei moderni ecoscandagli essa viene convertita automaticamente in una misura di distanza a partire
dal valore noto della velocità di propagazione in acqua delle onde sonore.
L’ecoscandaglio può emettere onde sonore a
frequenze comprese tra 50 e 200 kHz circa;
le frequenze più alte sono indicate per la ricerca di piccoli oggetti o di piccoli rilievi sul
fondale, mentre le frequenze più basse sono
più utili nelle ricerche ad ampio raggio.
I laser scanner batimetrici
I laser scanner batimetrici sono gli strumenti più moderni e più rapidi per l’acquisizio-
Professione...
oceanografo
La professione
Un oceanografo è un professionista in grado di
occuparsi di uno o più aspetti relativi alla gestione del patrimonio marittimo e costiero. A seconda della specializzazione acquisita, può dedicarsi a diverse attività: monitoraggio del
patrimonio faunistico marino, gestione delle Riserve marine per la tutela della biodiversità, gestione della pesca e dell’acquacoltura, realizzazione di valutazioni di impatto ambientale, studio
della morfologia dei fondi oceanici, progettazio-
Figura 1 Principio di funzionamento
di un laser scanner batimetrico
montato su un aereo.
ne della batimetria delle aree costiere; essi
sono montati su appositi velivoli e sono in
grado di realizzare strisciate di circa 250 m di
ampiezza, raggiungendo profondità di diverse decine di metri e permettendo l’acquisizione di dati relativi anche alle porzioni costiere in leggero rilievo (figura 1). L’insieme
di questi dati è molto utile, per esempio, per
monitorare l’erosione delle coste. I laser scanner batimetrici utilizzano impulsi emessi nelle lunghezze d’onda dell’infrarosso e del verde: l’impulso nell’infrarosso viene riflesso
dalla superficie dell’acqua, quello nel verde
viene riflesso dal fondo del mare; la differenza nei ritorni dei due impulsi permette di ricavare la batimetria dei fondi.
L’avvento delle tecnologie
satellitari
L’ultimo passo avanti nello studio dei fondi è
rappresentato dall’utilizzo delle tecnologie
satellitari. I primi satelliti artificiali in grado
di osservare dallo spazio i fondi oceanici furono lanciati verso la metà degli anni ottanta
del secolo scorso. Da allora i lanci di satelliti in grado di realizzare mappe batimetriche
si sono moltiplicati e hanno permesso di ottenere immagini sempre più fedeli della morfologia dei fondi. Proprio in questi anni l’Agenzia Spaziale Europea sta lavorando a un nuovo
progetto per la realizzazione di un satellite
artificiale che verrà lanciato nel 2012 e che
ne di sistemi di mitigazione dell’erosione costiera, controllo degli inquinanti, pianificazione e
realizzazione di perforazioni petrolifere ecc.
Le abilità richieste
I campi di azione di un oceanografo sono molto vasti e quindi anche le abilità richieste per
svolgere questa professione sono molto diversificate. In generale però un oceanografo deve
possedere un’ottima conoscenza sia delle scienze di base, sia delle discipline specifiche relative all’ambiente marino e costiero (biologia, ecologia, geochimica, oceanografia ecc.). A seconda
dell’ambito di specializzazione, dovrà poi essere in grado di applicare metodologie e tecnologie specifiche per il controllo, l’analisi e la ge-
sarà in grado di analizzare la topografia degli
oceani, registrando contemporaneamente la
temperatura delle masse d’acqua ed altri dati fondamentali nella valutazione degli effetti dei cambiamenti climatici.
Le mappe satellitari sono oggi a disposizione di tutti, grazie ad appositi programmi quali il nuovo Google Ocean, fratello di Google
Earth; gli appassionati di oceanografia e i semplici curiosi possono oggi visualizzare direttamente sul proprio computer le carte tridimensionali dei fondi oceanici, insieme a
numerosi dati provenienti da studi sui cambiamenti climatici.
Per capire e per riflettere
1. Un ecoscandaglio:
a. permette di realizzare profili batimetrici
utilizzando impulsi sonori.
b. permette di realizzare profili batimetrici
utilizzando l’infrarosso.
c. permette di realizzare profili batimetrici
e altimetrici delle regioni costiere.
d. permette di realizzare profili batimetrici
utilizzando apparecchi laser.
2. Prova a installare sul tuo computer o sul
computer della scuola Google Ocean (fa
parte del pacchetto Google Earth), e
divertiti a esplorare le profondità marine!
Puoi cominciare, per esempio, con la linea
costiera più vicina a casa tua.
stione dell’ambiente marino in tutti i suoi aspetti, con particolare attenzione alle interazioni tra
componenti ambientali biotiche (biodiversità
animale e vegetale) e abiotiche (chimiche, geochimiche, oceanografiche).
Per capire e per riflettere
Gli studi necessari
Per diventare oceanografo si possono seguire
percorsi formativi differenti a seconda degli
aspetti che si desiderano privilegiare: quelli più
biologici ed ecologici, quelli più geologici e geotecnici, oppure quelli più gestionali. In ogni caso è necessario il conseguimento di una laurea
triennale e di una successiva laurea magistrale
biennale, per garantire una formazione multidisciplinare adeguata.
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86 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
Lezione
3
La circolazione oceanica
In questa lezione
Le domande guida
Le parole chiave
■
Come si formano le correnti oceaniche superficiali?
■
In quale modo le correnti oceaniche influenzano il clima?
■
Che cosa si intende per circolazione termoalina?
■
Come si può descrivere la circolazione oceanica globale
sulla Terra?
ø Figura 3.1 Modello della
circolazione superficiale
nell’Oceano Atlantico.
I venti dominanti
determinano movimenti
circolari delle acque
superficiali (detti circuiti)
in entrambi i bacini
dell’Oceano Atlantico.
corrente oceanica ocean current
corrente superficiale surface current
upwelling upwelling
circolazione termoalina density current
Le acque degli oceani sono in continuo movimento
sotto l’azione di molte forze diverse, come i venti,
responsabili della formazione delle onde e delle correnti superficiali, o l’attrazione gravitazionale di Luna e Sole, che determina le maree. In questa lezione,
in particolare, esaminiamo l’effetto sulla circolazione oceanica delle differenze di densità dell’acqua:
esse danno origine a una circolazione profonda, importante per il rimescolamento delle acque e la sopravvivenza degli organismi.
America
settentrionale
Europa
circuito
dell’Atlantico
settentrionale
Africa
America
meridionale
circuito
dell’Atlantico
meridionale
venti
prevalenti
■ La circolazione oceanica
superficiale
Le correnti oceaniche sono masse d’acqua che si muovono negli oceani e si differenziano dalle acque circostanti per temperatura, salinità e, a volte, per il
colore. Possono coinvolgere quantità d’acqua diverse, essere superficiali o profonde e dare origine a fenomeni anche piuttosto complessi.
Le correnti superficiali sono movimenti orizzontali
d’acqua che interessano la parte superficiale degli
oceani. In genere si sviluppano a una profondità massima di 200 m in seguito all’attrito che si crea tra
l’acqua e i venti che soffiano sulla superficie marina. Alcune correnti superficiali hanno vita breve ed
esercitano la loro influenza su aree limitate, cioè sono movimenti d’acqua che dipendono da situazioni
locali o stagionali. Altre, invece, costituiscono fenomeni permanenti che interessano ampie zone degli
oceani (figura 3.1): questi imponenti movimenti orizzontali d’acque superficiali sono strettamente collegati alla circolazione atmosferica generale.
La dinamica oceanica globale Negli oceani si osservano vasti sistemi di correnti superficiali a movimento circolare, chiamati appunto circuiti. Nella figura 3.2
sono illustrati i cinque circuiti principali, il cui centro si
trova nelle aree anticicloniche subtropicali, zone di alta pressione atmosferica poste circa a 25-30° di latitudine N o S (motivo per cui si parla spesso di circuiti subtropicali). Questi circuiti ruotano in verso opposto
nei due emisferi (orario nell’emisfero boreale e antiorario in quello australe). A causa della rotazione terrestre, infatti, le correnti vengono deviate verso destra
nell’emisfero boreale, e verso sinistra in quello australe. Questa deviazione, che influenza anche la circolazione atmosferica, è chiamata effetto Coriolis.
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 87
a
ell
C. d
60˚
C
Corrente circumpolare antartica
Divergenza antartica
150°
120°
n
circuito
dell’Oceano Indiano
40˚
20˚
ustraliana
.a
or
ie
lia
Corrente circumpolare antartica
60˚
80˚
hio
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C.
C. nord-equatoriale
C. sud-equato
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C
C.
di
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ras
ile
Bengala
40˚
circuito
dell’Atlantico
meridionale
el
C. d
circuito
del Pacifico meridionale
l Perú
C. de
20˚
150°
80˚
C. sud-equato
riale
C. sud-equatoriale
120°
C.
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C. Leeuw
i
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0˚
90°
corrente calda
corrente fredda
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C
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C. dc. ifico sett.
40˚
Pa
circuito C. d
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del Pacifico
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settentrionale
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20˚
C. nord-equatoriale
60°
C. delle Ca.n
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C
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G
dell’Atlantico
settentrionale
C. nord-equatoriale
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C.
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30˚
0°
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60˚
60°
30˚
C. della Groenlandia or.
No
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gia
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C
90°
c.
120°
ie
ar
150°
80˚
.
nt
0˚
20˚
40˚
60˚
Divergenza antartica
90°
60°
In ogni circuito vi sono quattro correnti principali:
esaminiamo quello dell’Atlantico settentrionale. La
Corrente nord-equatoriale viene deviata verso nord
attraverso i Caraibi, dove diventa la Corrente del
Golfo (figura 3.3); proseguendo verso nord-est, la
corrente si allarga gradualmente e rallenta fino a diventare una grande corrente lenta, nota come Corrente nord-atlantica. Quando si avvicina all’Europa occidentale, la Corrente nord-atlantica si divide:
una parte si muove verso nord superando la Gran
Bretagna, la Norvegia e l’Islanda, e riscalda queste zone
altrimenti gelide; l’altra parte, dopo essersi raffreddata alle alte latitudini, viene invece deviata verso sud
e prende il nome di Corrente delle Canarie. Quest’ultima si fonde poi con la Corrente nord-equatoriale, completando il circuito.
Attraverso l’osservazione degli oggetti galleggianti
si è stimato che il tempo necessario per percorrere
l’intero circuito è di circa tre anni.
Le correnti oceaniche superficiali e il clima
Le correnti oceaniche hanno un importante effetto sul clima. Quando le correnti delle regioni delle basse latitudini si spostano verso latitudini più alte,
trasferiscono calore da zone più calde a zone più
fredde. La Corrente nord-atlantica riscalda la Gran
Bretagna e gran parte dell’Europa nord-occidentale
durante l’inverno, mantenendo queste zone più temperate di quanto ci si aspetterebbe alla loro latitudine, simile a quella dell’Alaska. I venti occidentali trasmettono poi queste influenze moderatrici del clima
anche nell’entroterra. Per esempio Berlino, che si
30˚
0°
30˚
60°
90°
trova a 52° di latitudine N, ha temperature medie
del mese di gennaio simili a quelle di New York, che
si trova ben 12° di latitudine più a sud!
Mentre l’effetto delle correnti calde si osserva prevalentemente alle medie latitudini e durate l’inverno, le correnti fredde, al contrario, hanno un’azione
più pronunciata ai tropici o durante i mesi estivi. Le
correnti fredde hanno origine nelle regioni poste a
latitudini elevate e quando si spostano verso l’Equatore tendono a moderare le temperature dei territori adiacenti. È questo, per esempio, il caso della
Corrente del Bengala, che scorre lungo l’Africa occidentale, o della Corrente del Perú, che sale lungo
la costa occidentale dell’America meridionale.
120°
150°
80˚
o Figura 3.2 Carta
delle correnti oceaniche
superficiali nel periodo
febbraio-marzo.
La circolazione oceanica è
formata da cinque circuiti
principali, situati nel
Pacifico settentrionale e
meridionale, nell’Atlantico
settentrionale e
meridionale e nell’Oceano
Indiano.
Ø Figura 3.3 La Corrente
del Golfo. Le immagini
satellitari, come questa
mappa in falsi colori della
temperatura superficiale,
permettono di valutare
la complessità della
Corrente del Golfo.
Le acque calde sono
rappresentate dai colori
rosso e arancione,
le acque più fredde dal
verde, dal blu e dal viola.
Come pensi che si
modificherebbe il clima
dell’Europa occidentale
se la Corrente del Golfo
improvvisamente si
arrestasse?
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88 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
venti paralleli alla costa
acque superficiali calde
elevata concentrazione
di plancton
upwelling
strato di acqua fredda
ricca di sostanze nutritive
A
B
o Figura 3.4 Il fenomeno
dell’upwelling costiero.
A Lungo le coste
occidentali dei continenti,
dove i venti soffiano
verso l’Equatore e
parallelamente alla costa,
le acque superficiali si
allontanano dalla riva
e vengono rimpiazzate
da acqua fredda e ricca
di sostanze nutritive.
B Questa immagine, presa
dal satellite nel marzo
2001, mostra la
concentrazione di clorofilla
lungo la costa sudoccidentale della Norvegia.
Concentrazioni elevate,
colorate in rosso, indicano
un’intensa attività
fotosintetica legata
all’abbondanza di sostanze
nutritive che risalgono con
l’upwelling. Il colore blu,
invece, indica
concentrazioni di clorofilla
ridotte.
Parola per parola
Le correnti oceaniche svolgono quindi un ruolo importante nel mantenimento dell’equilibrio termico della
Terra, trasferendo il calore in eccesso dai tropici alle regioni polari, dove al contrario se ne registra un
deficit.
Il movimento delle acque oceaniche è responsabile per
circa un quarto del trasporto di questo calore; la parte restante è dovuta ai venti.
Il fenomeno dell’upwelling Oltre a produrre correnti superficiali, i venti possono causare anche movimenti verticali d’acqua, come l’upwelling, cioè la
risalita di acque fredde dagli strati profondi in sostituzione di acque superficiali più calde. L’upwelling costiero è caratteristico delle coste occidentali dei
continenti, soprattutto quelle dell’America e dell’Africa. Il fenomeno si verifica in queste aree quando i venti soffiano verso l’Equatore parallelamente
alla costa (figura 3.4).
I venti costieri, combinati con l’effetto Coriolis, provocano l’allontanamento delle acque superficiali dalla costa, che sono rimpiazzate da acque fredde provenienti da profondità comprese tra 50 m e 300 m.
Queste acque sono ricche di sostanze nutritive (specialmente nitrati e fosfati), che favoriscono la crescita del plancton, con effetti importanti sull’intera
catena alimentare.
Termoalina deriva dal
■ La circolazione oceanica profonda
greco thermós, “caldo”,
e háls, “sale”; si riferisce
alla circolazione che
dipende dalla temperatura
e dalla salinità dell’acqua,
quindi dalla sua densità.
Quale particolare
caratteristica pensi che
contraddistingua le piante
alofile?
A differenza della circolazione superficiale, caratterizzata in genere da spostamenti orizzontali delle correnti, la circolazione oceanica profonda ha
una significativa componente verticale ed è responsabile del mescolamento delle masse d’acqua in profondità. La circolazione profonda è dovuta alle differenze di densità tra le masse d’acqua, che fanno sì
che quella più densa sprofondi e si sposti lentamen-
te al di sotto della superficie. Poiché le variazioni di
densità sono causate da differenze di temperatura
e di salinità, la circolazione profonda è detta anche
circolazione termoalina.
Come abbiamo visto nella lezione precedente, l’aumento di densità dell’acqua marina può essere causato da una diminuzione della temperatura o da un
aumento della salinità. Quindi, gran parte dell’acqua coinvolta nella circolazione termoalina ha origine a latitudini elevate. In queste regioni, l’acqua superficiale si raffredda e la sua salinità aumenta in
seguito alla formazione del ghiaccio marino. Quando quest’acqua superficiale diventa abbastanza densa, si inabissa, dando inizio alle correnti profonde.
Una volta scesa in profondità, l’acqua viene esclusa
dai processi fisici che ne avevano causato l’aumento
di densità, quindi temperatura e salinità restano
perlopiù invariate finché essa rimane sul fondo.
In prossimità dell’Antartide le condizioni superficiali fanno sì che l’acqua sia la più densa di tutti gli
oceani. Quest’acqua salata e fredda scende verso il fondo, dove si sposta lentamente attraverso i bacini
oceanici. Dopo lo sprofondamento, le acque non ritornano in superficie per 500-2000 anni!
Un modello semplificato che rappresenta la circolazione oceanica appare simile a un nastro trasportatore che viaggia dall’Oceano Atlantico attraverso
l’Oceano Indiano e il Pacifico, per poi tornare indietro (figura 3.5).
In questo modello, l’acqua calda degli strati superiori scorre verso i poli, si trasforma in acqua densa
e fredda e ritorna verso l’Equatore sotto forma d’acqua profonda, che alla fine risale completando il circuito. Mentre si muove intorno al pianeta, questo
nastro trasportatore influenza il clima globale liberando calore nell’atmosfera attraverso il raffreddamento delle acque più calde.
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 89
■ La circolazione nel Mediterraneo
Sai rispondere?
1. Che cos’è la Corrente del Golfo? Quali conseguenze
2.
3.
4.
5.
America
settentrionale
ha?
In che cosa consiste il fenomeno dell’upwelling?
Come si formano le correnti profonde?
Dove si trovano le acque più dense della Terra?
Perché?
Qual è la circolazione che si osserva nelle acque del
Mar Mediterraneo?
Oceano
Atlantico
America
meridionale
America
settentrionale
Asia
Europa
Africa
Oceano
Pacifico
ciale
perfi
a su
Oceano
Indiano
ss
flu
ua
cq
ia
d
o
cald
Australia
flusso di acqua fredda profonda
Antartide
unisce alle acque che circolano intorno
all’Antartide. Da qui, si diffonde negli
oceani Indiano e Pacifico, dove risale
lentamente e completa il circuito
ritornando come corrente calda
superficiale alle alte latitudini.
o Figura 3.5 Modello a “nastro
trasportatore” della circolazione oceanica.
La circolazione oceanica ha inizio alle alte
latitudini nell’Oceano Atlantico dove
l’acqua che scorre in superficie si
raffredda, diventa più densa e sprofonda.
Quest’acqua si sposta verso sud e si
profondità (m)
Le correnti di profondità si possono formare anche
a causa di un aumento di salinità dell’acqua dovuto
all’evaporazione. Il Mar Mediterraneo, per esempio, è soggetto a un’evaporazione molto intensa che
non è compensata dagli apporti di acqua dolce da
parte dei fiumi: la sua salinità media è 37‰, superiore alla media oceanica (35‰). Questo fa sì che
dall’Oceano Atlantico, attraverso lo Stretto di Gibilterra, vi sia un afflusso superficiale d’acqua più fredda e meno densa notevolmente superiore alla corrente in uscita. Al contrario, l’evaporazione, soprattutto
nel Mediterraneo orientale, dove la salinità raggiunge i valori massimi (39‰), porta alla formazione
d’acqua densa a salinità elevata che fluisce sul fondo fino a oltrepassare la soglia di Gibilterra e ritornare nell’Atlantico (figura 3.6).
In corrispondenza del Bosforo, invece, dove il Mar
Nero presenta acque superficiali a bassa salinità
(17‰) caratterizzate da abbondanti apporti fluviali, si creano un flusso d’acqua superficiale in uscita
verso il Mediterraneo e un flusso profondo, più ridotto, di acqua densa in entrata.
Mar Glaciale Artico
0
200
400
600
800
13,5 °C
13 °C
1200
1400
‰ 13 °C
12 °C
37
11 °C
Oceano
Atlantico
10,5 °C
36‰
9,5 °C
38‰
12,9 °C
Ø Figura 3.6
Correnti in entrata
e in uscita dal
Mediterraneo
attraverso lo Stretto
di Gibilterra.
Mar
Mediterraneo
‰
,5
36 >36,5‰
10 °C
1000
13,5 °C
>38‰
soglia di
Gibilterra
acque calde
superficiali
acque fredde
profonde
12,9 °C
36‰
9,5 °C
Minilab
Materiali occorrenti
■ 2 bacinelle rettangolari di plastica o vetro
trasparente
■ 2 bicchieri
■ sale fino da cucina
■ acqua del rubinetto
■ ghiaccio in cubetti
■ 3 coloranti per alimenti: uno rosso, uno
verde e uno blu
Il procedimento
1. Riempi una bacinella per due terzi della sua
altezza con acqua del rubinetto a temperatura ambiente, quindi aggiungi alcune gocce
di colorante rosso, mescolando fino a che il
colore non diventa uniforme. Ripeti con l’altra bacinella.
2. Mescola in un bicchiere acqua del rubinetto,
un cucchiaio di sale e alcune gocce di colorante verde; quando il sale si è sciolto completamente, versa il contenuto in una delle
due bacinelle. Osserva ciò che accade.
3. Mescola in un bicchiere acqua del rubinetto,
ghiaccio e alcune gocce di colorante blu;
quando il ghiaccio si è sciolto almeno parzialmente, versa l’acqua raffreddata nell’altra bacinella. Osserva ciò che accade.
Le conclusioni
A. Come si comporta l’acqua verde, nel primo
caso? Perché?
B. Come si comporta l’acqua blu, nel secondo
caso? Perché?
C. Come chiameresti la corrente che si genera,
in entrambi i casi?
AREA COMPETENZE * AREA COMPETEN
Creare correnti colorate
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AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * ARE
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La Terra come sistema
El Niño
e La Niña
America settentrionale
Asia
acqua calda
El Niño è un fenomeno globale che coinvolge oceano e atmosfera: si manifesta nella fascia tropicale dell’Oceano Pacifico sotto forma di variazioni periodiche della temperatura
delle acque oceaniche, ma ha importanti conseguenze sul clima dell’intero pianeta, oltre che
forti ripercussioni sull’economia delle regioni direttamente coinvolte, come le coste occidentali dell’America meridionale, l’Australia orientale e l’Indonesia.
Gli effetti di El Niño
Osserva adesso la figura 2: quando si manifesta El Niño, la pressione atmosferica crolla su vaste aree del Pacifico sud-orientale,
mentre aumenta nel Pacifico occidentale, vicino all’Indonesia e all’Australia, invertendo
la situazione presente in condizioni normali.
Di conseguenza, gli alisei si indeboliscono e
si può creare una controcorrente di acqua
calda diretta verso est. Lungo le coste di Ecuador e Perù si interrompe l’upwelling e la quantità di pesci si riduce notevolmente, con notevoli ripercussioni sulle economie fondate
sulla pesca. Anche le condizioni climatiche
delle regioni coinvolte risultano alterate: su alcune zone normalmente aride di Perù, Ecuador e Stati Uniti orientali cadono quantità
anomale di pioggia, mentre in Indonesia, in
Australia e nelle Filippine si osservano generalmente condizioni di siccità.
Ecuador
Perú
America
meridionale
Australia
forte corrente
peruviana
Figura 1 La circolazione nel Pacifico tropicale in condizioni normali.
Le condizioni normali
Osserva la figura 1: in condizioni normali, lungo le coste del Perù e dell’Ecuador le acque
più calde sono confinate in uno strato superficiale di un centinaio di metri, mentre si assiste al fenomeno di risalita di acque fredde
profonde chiamato upwelling. Le correnti di
risalita sono ricchissime di nutrimenti che attirano grandi quantità di pesce, rendendo la
pesca in queste aree molto redditizia. Il fenomeno dell’upwelling si inserisce in un complesso sistema di interazioni tra le correnti
oceaniche e i venti. In condizioni normali, i venti alisei, che spirano costantemente da NE
nell’emisfero boreale e da SE in quello australe, convergono vicino all’Equatore e scorrono verso ovest; questo flusso stabile di aria
calda crea una corrente calda superficiale, responsabile dell’accumulo di grandi masse di
acqua calda lungo le coste australiane.
acqua
fredda
correnti equatoriali
Asia
inverno più caldo
della media
America settentrionale
inverno più piovoso
della media
forte controcorrente
più secco
della media
Australia
acqua
calda
Ecuador
più piovoso
della media
Perú
America
meridionale
debole
corrente
peruviana
Figura 2 La circolazione nel Pacifico tropicale durante il fenomeno di El Niño.
La Niña
El Niño non è l’unico fenomeno di alterazione delle condizioni atmosferiche sul Pacifico; esiste anche un fenomeno contrario, che
provoca, cioè, l’intensificarsi delle condizioni normali di circolazione atmosferica: questo
fenomeno prende il nome di La Niña. La Ni-
ña corrisponde quindi all’opposto di El Niño
e determina un aumento di intensità degli alisei e delle correnti oceaniche, un maggior trasporto di acque calde verso le coste occidentali e quindi un maggior accumulo di aria
umida in corrispondenza di Australia e Indonesia.
Per capire e per riflettere
1. Uno degli effetti di El Niño è:
a. la risalita di acque fredde lungo le coste
sudamericane.
b. la diminuzione della piovosità lungo
le coste sud-orientali del Pacifico.
c. l’aumento dell’aridità lungo le coste
sud-occidentali del Pacifico.
d. l’aumento di intensità degli alisei.
2. Quando si manifesta El Niño, le correnti
oceaniche nella fascia tropicale del Pacifico:
a. rimangono inalterate.
b. possono affievolirsi e addirittura
invertirsi.
c. si intensificano verso ovest.
d. scorrono da nord a sud, trasportando
enormi masse di acqua calda.
3. Attraverso una ricerca, prova ad
approfondire il meccanismo di upwelling
lungo le coste sudamericane. Come
avviene? Quali effetti ha sull’economia
dei paesi coinvolti? Con quale frequenza
El Niño altera drasticamente questo
meccanismo?
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 91
Lezione
4
Onde e maree
In questa lezione
Le domande guida
Le parole chiave
■
Da dove proviene l’energia che genera
il moto ondoso?
■
Quali fattori determinano le caratteristiche
delle onde?
■
Come si propaga l’energia attraverso le onde?
■
Che cosa sono e da che cosa hanno origine
le maree?
fetch fetch
frangente surf
marea tide
ampiezza di marea tidal range
marea sizigiale spring tide
marea di quadratura neap tide
Abbiamo visto come la circolazione oceanica, insieme alla circolazione atmosferica, contribuisce a ridistribuire il calore sulla superficie terrestre, attraverso un movimento costante di correnti superficiali e
profonde. In questa lezione esaminiamo altri due
moti che caratterizzano le acque oceaniche: il moto
ondoso, oscillatorio e irregolare, che caratterizza la
superficie degli oceani, e le maree, innalzamenti e abbassamenti periodici del livello del mare dovuti all’attrazione gravitazionale esercitata sulla Terra dalla Luna e, in misura minore, dal Sole.
Quando la velocità del vento è inferiore a 3 km/h si
formano piccole onde, quando il vento spira con più
forza si hanno onde più stabili e dalle dimensioni
maggiori.
Le caratteristiche delle onde oceaniche Le caratteristiche delle onde oceaniche sono illustrate
nella figura 4.1. I punti di massima altezza di un’onda si chiamano creste, quelli di minima altezza ventri o cavi. A metà tra le creste e i ventri si trova il livello di calma, cioè il livello che avrebbe l’acqua se
non ci fossero le onde. La distanza verticale tra un
ventre e una cresta si chiama altezza d’onda, mentre la distanza orizzontale tra due creste o due ventri successivi si chiama lunghezza d’onda. Il tempo che intercorre tra il passaggio di due creste
successive per un punto fisso si chiama periodo.
Altezza, lunghezza e periodo di un’onda dipendono
da tre fattori: la velocità del vento, la durata del
vento, e il fetch (in inglese fetch significa “tratto di
mare, distanza da percorrere”), cioè l’estensione di
■ Le onde
Le onde oceaniche sono causate dall’azione del vento, che trasferisce all’acqua la propria energia, determinando l’oscillazione delle particelle d’acqua.
L’energia spesso proviene da siti di tempesta in mare aperto e può raggiungere luoghi situati a diverse
migliaia di kilometri. È per questo motivo che anche durante i giorni di calma si vedono onde percorrere la superficie degli oceani.
Ø Figura 4.1 Le onde
oceaniche. Il disegno
movimento dell’onda
cresta
cresta
cresta
ventre
ventre
lunghezza d’onda
altezza
d’onda
moto
delle particelle
d’acqua
movimenti impercettibili dell’acqua
al di sotto di una profondità pari a ½ della lunghezza d’onda
livello
di calma
illustra le parti principali
di un’onda e i movimenti
delle particelle d’acqua
in profondità. Al di sotto
di una profondità pari alla
metà della lunghezza
d’onda (linea tratteggiata
in basso) i movimenti
dell’acqua diventano
impercettibili.
Secondo te, le onde
si muovono sempre nella
stessa direzione, come
le correnti oceaniche?
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92 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
Parola per parola
Frangente è il participio
presente del verbo latino
frangĕre, che significa
“rompere”; indica quindi
l’onda quando si “rompe”
e ricade sulla riva.
Che cosa sono
i frangiflutti?
O Figura 4.2 Il moto
circolare orbitale.
Il movimento di una
barchetta giocattolo
dimostra che la forma
d’onda avanza, mentre
l’acqua non si sposta in
modo apprezzabile dalla
sua posizione originaria.
In questa sequenza,
l’onda si muove da sinistra
a destra mentre la
barchetta (e l’acqua su cui
essa galleggia) ruota
descrivendo un cerchio
immaginario.
O Figura 4.3
I cambiamenti subiti
dalle onde vicino alla riva.
Quando la profondità
dell’acqua è inferiore
a metà della lunghezza
d’onda, la base delle onde
interagisce con il fondo
e si formano i frangenti.
mare aperto su cui il vento agisce senza incontrare
ostacoli. Al crescere della quantità di energia trasferita dal vento all’acqua, aumentano sia l’altezza sia
la ripidità delle onde, cioè il rapporto tra altezza e
lunghezza. Quando viene raggiunto un punto critico in cui le onde sono così alte da rovesciarsi, si formano i frangenti di mare aperto.
movimento dell’onda
barca giocattolo
Il moto circolare orbitale Le onde coprono distanze elevate attraverso i bacini oceanici. Alcuni
studi hanno mostrato che onde generate in Antartide esauriscono la loro energia sulla costa delle isole Aleutine dell’Alaska, dopo aver percorso più di
10 000 km. Tuttavia, non è l’acqua a spostarsi sull’intera distanza, ma solo la forma dell’onda. Quando
un’onda avanza, le particelle d’acqua trasmettono
l’energia lungo la superficie muovendosi in un circolo: questo movimento si chiama moto circolare orbitale e le onde vengono dette onde di oscillazione.
La figura 4.2 mostra come, al passaggio di un’onda,
la barchetta si muova lungo una circonferenza, tornando al punto di partenza.
Le onde nella zona dei frangenti Finché un’onda si trova in mare aperto, la profondità dell’acqua
non ha alcuna influenza su di essa; quando invece
si avvicina alla riva il suo comportamento cambia
(figura 4.3). L’onda, infatti, inizia a “sentire il fondo”
a una profondità pari a metà della sua lunghezza
d’onda. L’attrito con il fondo interferisce allora con
la base dell’onda, causandone un rallentamento rispetto alla porzione superiore, e le orbite circolari
delle particelle vengono deformate in orbite ellittiche. Quindi, man mano che le onde si avvicinano
alla riva, la loro lunghezza d’onda decresce, mentre
aumenta l’altezza, finché, troppo ripide per sostenersi, si infrangono. In questo caso le onde non sono più di oscillazione, ma vengono chiamate onde di
traslazione, perché determinano un effettivo spostamento della massa d’acqua verso la costa. L’acqua turbolenta che si crea quando le onde si infrangono è detta frangente. L’acqua che risale lungo la
spiaggia forma i frangenti di spiaggia, mentre il
flusso di ritorno verso il mare genera la risacca.
movimento dell’onda
acqua profonda
onde con lunghezza
d’onda costante
profondità > ½ lunghezza d’onda
verso la riva
le onde toccano il fondo
(la lunghezza d’onda
diminuisce)
zona di surf
o dei frangenti
la velocità diminuisce
(l’altezza dell’onda aumenta)
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 93
Ø Figura 4.4 Le cause
delle maree. Le maree
bassa
marea
sono il risultato della
combinazione tra
l’attrazione gravitazionale
esercitata dalla Luna
e la forza centrifuga.
Luna
Terra
alta marea
(prevale
la forza
centrifuga)
alta marea (attrazione
gravitazionale e forza
centrifuga si sommano)
bassa
marea
centro di massa
del sistema
Terra-Luna
■ Le maree
Le maree sono variazioni periodiche del livello degli
oceani. Questo innalzamento e abbassamento ritmico dell’acqua lungo le coste è stato notato fin dall’antichità, ma la sua spiegazione è rimasta remota
sino a quando Isaac Newton non vi applicò la legge
della gravitazione universale. Oggi si sa che le maree
sono causate dall’attrazione gravitazionale esercitata sulla Terra principalmente dalla Luna e, in misura minore, dal Sole, che, pur avendo una massa
molto più grande, è assai più distante.
Le cause delle maree Per comprendere come si formano le maree è utile immaginare la Terra come una
sfera in rotazione ricoperta da uno strato uniforme
d’acqua. L’attrazione gravitazionale esercitata dalla
Luna sarà massima sul lato della Terra rivolto verso di
essa e minima su quello opposto. Tale differenza non
può certamente modificare la forma solida del pianeta, ma può invece agire sull’acqua, fluida, determinandone un flusso verso l’area dove l’attrazione è maggiore, che genera una gobba di marea, o alta marea.
Questa spiegazione non è però sufficiente per descrivere la presenza contemporanea di un’alta marea anche nella posizione terrestre diametralmente
opposta a quella appena considerata. Per far ciò occorre chiamare in causa un’altra forza che agisce
sulla Terra, così come su ogni corpo in rotazione: la
forza centrifuga. L’innalzamento del livello marino
è quindi causato dall’azione contemporanea di due
forze: l’attrazione gravitazionale e la forza centrifuga. Sul lato della Terra rivolto verso la Luna gli
effetti delle due forze si sommano e si ha un’alta
marea; sul lato opposto l’attrazione gravitazionale
è minima perché la distanza dalla Luna è massima
e perciò prevale la forza centrifuga. Anche in questo
caso si ha un’alta marea. Nelle zone intermedie le
acque sono richiamate verso le zone di alta marea,
perciò il livello del mare risulta più basso e si ha una
situazione di bassa marea (figura 4.4).
Poiché la posizione della Luna cambia di poco durante una giornata, le gobbe di marea rimangono quasi
ferme mentre la Terra ruota, “attraversandole”. Per
questo motivo, nella maggior parte dei luoghi della
Terra si verificano due alte maree e due basse maree
ogni giorno. Inoltre, le gobbe di marea migrano man
mano che la Luna compie il suo moto intorno alla
Terra, che dura circa 29 giorni e mezzo. Di conseguenza le maree, proprio come il momento in cui sorge la
Luna, hanno un ritardo di circa 50 minuti al giorno.
La differenza tra i livelli di alta e bassa marea di una data località viene definita ampiezza o escursione di marea. Quella maggiore la si osserva all’estremità settentrionale della Baia di Fundy, in Nuova Scozia (Canada)
dove in primavera raggiunge circa 17 m (figura 4.5).
Ø Figura 4.5 Alta e bassa
marea a Minas Basin,
Baia di Fundy, in Nuova
Scozia (Canada).
Perché le escursioni
di marea possono essere
molto diverse nelle varie
coste del pianeta?
alta marea
Minas Basin
NEW
BRUNSWICK
MAINE
dy
n
bassa marea
ia
Ba
di
Fu
O
NU
VA
O
SC
ZI
A
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94 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
Parola per parola
Sizigiale significa “delle
sizigie”, dai termini greci
syn zỳgôn, letteralmente
“con giogo”, ovvero
congiunzione; indica
quindi l’allineamento
di Sole e Luna.
Cotidale deriva dall’inglese
cotidal, che a sua volta
deriva da tide, “marea”,
e significa “stessa marea”.
Indica dunque la linea che
unisce i luoghi con la
medesima ora di porto.
Il ciclo mensile delle maree Sebbene il Sole si trovi a una distanza molto maggiore rispetto alla Luna, anche la sua attrazione gravitazionale esercita
un ruolo fondamentale nella formazione delle maree. Il Sole, infatti, agisce sulle masse d’acqua della
Terra in modo del tutto analogo a quanto visto per la
Luna, ma con un’intensità pari circa alla metà.
Si può osservare in modo maggiore la sua influenza quando ci si trova nei pressi del novilunio e del plenilunio, ovvero quando il Sole e la Luna sono allineati rispetto alla Terra e le loro forze si sommano
(figura 4.6A). La loro attrazione gravitazionale combinata provoca alte maree e basse maree più accentuate del solito, generando una grande ampiezza di
O Figura 4.6 La
configurazione del
sistema Terra-Luna-Sole
e le maree. A Nelle fasi
di luna nuova e luna piena,
la Terra, la Luna e il Sole
sono allineati, le azioni
della Luna e del Sole si
sommano e sulla Terra c’è
una grande ampiezza di
marea: si verificano le
maree sizigiali.
B Quando la Luna si trova
nelle fasi di primo e ultimo
quarto, le gobbe di marea
che produce si trovano
ad angolo retto rispetto
a quelle create dal Sole,
le escursioni di marea
sono minori e si verificano
le maree di quadratura.
marea solare
marea lunare
lato
verso il Sole
luna piena
luna nuova
marea sizigiale
A
Luna al primo quarto
marea: queste sono le maree sizigiali (o maree vive) che si verificano due volte al mese.
Al contrario, intorno alle date del primo e dell’ultimo quarto di Luna le forze gravitazionali della Luna
e del Sole agiscono sulla Terra ad angolo retto, attenuandosi reciprocamente (figura 4.6B) e determinando una minore escursione giornaliera di marea.
Sono queste le maree di quadratura (o maree morte),
che si verificano anch’esse due volte al mese.
La previsione delle maree Le considerazioni teoriche appena fatte non si possono utilizzare però
per prevedere l’altezza e il momento delle maree reali in un dato luogo. Le maree sono, infatti, influenzate da molti fattori, tra cui l’andamento della linea
di costa, la configurazione dei bacini oceanici e la
profondità dell’acqua. Di conseguenza, le previsioni
nelle tabelle di marea e i dati di marea delle carte
nautiche, di grande importanza ai fini del traffico
marittimo, si devono basare su osservazioni dirette.
Per esempio, le alte maree sono caratterizzate da un
ritardo rispetto al passaggio della Luna sul meridiano del luogo dovuto all’attrito che si genera tra la
Terra in rotazione e l’onda di marea. Questo ritardo
è chiamato ora di porto e può essere anche di alcune ore. È possibile tracciare linee, dette linee cotidali, che collegano l’insieme dei punti in cui l’alta marea giunge con lo stesso ritardo rispetto al passaggio
della Luna.
Sai rispondere?
marea solare
1. A quale profondità del fondo, avvicinandosi alla
lato
verso il Sole
2.
3.
marea lunare
4.
Luna al terzo quarto
marea di quadratura
B
5.
costa, le caratteristiche di un’onda iniziano a
modificarsi?
Come si propaga l’energia contenuta nelle onde?
Che cos’è l’escursione di marea?
Confronta le maree sizigiali con quelle di
quadratura.
Che cosa si intende per ora di porto?
OMPETENZE * AREA COMPETENZE
Minilab
Onde in miniatura
Materiali occorrenti
■ contenitore di plastica rettangolare
di almeno 30 cm di lunghezza
■ acqua del rubinetto
■ ventilatore
■ righello
Il procedimento
1. Riempi il contenitore utilizzando acqua del
rubinetto fino circa a 3 cm dal suo limite superiore.
2. Posiziona poi un ventilatore vicino al contenitore e direziona il getto d’aria verso l’acqua. Attenzione: assicurati che la presa di
corrente e l’acqua non entrino in alcun modo
in contatto!
3. Accendi ora il ventilatore a bassa velocità
per circa 2-3 minuti e osserva quello che accade. Aiutandoti con un righello misura l’ampiezza delle onde che si sono formate nel
contenitore e registra il dato.
4. Spegni poi il ventilatore e attendi che l’acqua
abbia arrestato il suo movimento.
5. Infine accendi nuovamente il ventilatore, ma
ad alta velocità, e ripeti la misurazione precedente.
Le conclusioni
A. Da dove proviene l’energia che ha generato
le onde?
B. Che relazione esiste tra l’ampiezza delle onde e la velocità dell’aria?
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 95
Le risposte
alle domande guida
■
Le correnti delle regioni delle basse latitudini si spostano verso latitudini più alte, trasferendo calore da
zone più calde a zone più fredde.
■
La circolazione termoalina è la circolazione oceanica profonda, strettamente legata alle differenze di
densità tra masse d’acqua.
■
Un modello semplificato della circolazione oceanica
globale la paragona a un nastro trasportatore che viaggia dall’Oceano Atlantico attraverso l’Oceano Indiano
e il Pacifico, per poi tornare indietro. L’acqua calda degli strati superiori scorre verso i poli, si trasforma in
acqua densa e fredda e ritorna verso l’Equatore in profondità, risalendo infine per completare il circuito.
Lezione 1
■
L’acqua si trova quasi ovunque sulla Terra: il 97,2%
è raccolto negli oceani, il 2,15% nelle calotte glaciali
e nei ghiacciai e lo 0,65% nelle acque sotterranee, nei
laghi, nei corsi d’acqua superficiali e nel vapor d’acqua
atmosferico.
■
Il ciclo idrologico è costituito dalla circolazione continua dell’acqua presente sul nostro pianeta. L’acqua
è in costante movimento dagli oceani all’atmosfera,
dall’atmosfera alla terraferma e dalla terraferma di
nuovo agli oceani.
■
■
Alla base del movimento dell’acqua ci sono l’energia
solare, che determina l’evaporazione, e la forza di gravità che permette le precipitazioni.
Il bilancio idrico della Terra è complessivamente nullo: la media delle precipitazioni annue eguaglia la
quantità d’acqua che evapora, in media, nello stesso
arco di tempo.
Lezione 4
■
Il moto ondoso è causato dall’azione del vento, che trasferisce all’acqua la propria energia, determinando
l’oscillazione delle particelle d’acqua.
■
Le caratteristiche delle onde (altezza, lunghezza e
periodo) sono determinate da tre fattori: la velocità
del vento, la durata del vento e il fetch.
■
Quando un’onda avanza, le particelle d’acqua trasmettono l’energia lungo la superficie muovendosi in circolo: questo movimento si chiama moto circolare orbitale.
■
Le maree sono il risultato dell’azione combinata sulle masse d’acqua terrestri dell’attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna e, in misura minore, dal Sole e della forza centrifuga dovuta alla rotazione del
pianeta.
Lezione 2
■
La salinità è il rapporto tra la massa delle sostanze disciolte (sali) e la massa della soluzione considerata
(acqua + sali).
■
I sali disciolti nell’acqua marina derivano dai minerali delle rocce continentali portati in soluzione dalle acque superficiali e dalle eruzioni vulcaniche.
■
La densità dell’acqua è influenzata principalmente
da due fattori: la salinità e la temperatura. Aumenta
con la salinità, mentre diminuisce al crescere della
temperatura.
■
Sulla base della densità dell’acqua, gli oceanografi distinguono tre strati differenti: una zona superficiale, una zona di transizione e una zona profonda.
Lezione 3
■
Le correnti oceaniche superficiali si sviluppano a
causa dell’attrito che si crea tra l’acqua e i venti che
soffiano sulla sua superficie.
Mettiti alla prova!
Per ripassare
Sai utilizzare le parole che hai imparato?
Lezione 1
1 Con il termine …………………………… si indicano contem-
poraneamente il processo di …………………………… e quello
di traspirazione.
2 Lo scorrimento verticale dell’acqua attraverso il
suolo prende il nome di …………………………… .
Le parole chiave
Puoi rivedere nel Glossario in fondo al volume le definizioni delle parole chiave che hai imparato in questa unità.
ampiezza di marea • bilancio idrico • ciclo idrologico •
circolazione termoalina • corrente oceanica •
corrente superficiale • fetch • frangente • idrosfera •
infiltrazione • marea • marea di quadratura •
marea sizigiale • picnoclino • salinità • termoclino •
upwelling • zona fotica
Lezione 2
3 Tra i processi che aumentano la …………………………… ci
sono quelli che sottraggono grandi quantità d’acqua dolce agli oceani, come la formazione di
…………………………… e l’evaporazione.
4 La zona di …………………………… degli oceani si colloca tra
lo strato superficiale più caldo e la zona profonda
dove l’acqua è più fredda e più …………………………… .
Lezione 3
5 Le correnti superficiali sono movimenti orizzontali
d’acqua che derivano dall’azione dei …………………………… .
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96 IL PIANETA AZZURRO: IDROSFERA E ATMOSFERA
6 La circolazione oceanica profonda è detta
20 Quale dei seguenti processi del ciclo idrologico è una
perché dipende dalle differenze di
…………………………… e di salinità tra le masse d’acqua.
……………………………
Lezione 4
7 Il tempo che intercorre tra il passaggio di due
d’onda successive per un medesimo
punto prende il nome di …………………………… .
……………………………
8 L’ …………………………… di marea corrisponde alla differenza
tra i livelli di alta e bassa marea di una data località.
Completa la figura associando le diciture elencate alle percentuali corrispondenti.
Lezione 1
ghiacciai e calotte polari; acque sotterranee; corsi d’acqua superficiali, laghi, atmosfera
9 ………………………………
10
………………………………
acqua dolce
conseguenza diretta dell’azione del Sole?
a
Formazione delle precipitazioni.
b
Scorrimento dell’acqua sul suolo.
c
Evaporazione.
d
Infiltrazione dell’acqua nel suolo.
Lezione 2
21 La misura della quantità di materiale solido disciol-
to in acqua è nota come:
a
carico di sedimenti.
c
b
totale dei solidi disciolti. d
22 Quale fenomeno non determina una diminuzione
della salinità dell’acqua marina?
a
Apporto idrico dai continenti.
b
Evaporazione.
c
Caduta di precipitazioni.
d
Scioglimento dei ghiacci.
23 Negli oceani il picnoclino è più evidente:
76,8%
a
b
22,2%
11
………………………………
c
1%
d
alle alte altitudini.
alle basse latitudini.
sia alle basse sia alle alte altitudini.
nelle zone vicine ai continenti.
Lezione 3
Vero o falso?
24 Quanti sono i grandi sistemi di circolazione oceani-
Lezione 1
12 Il deflusso superficiale interessa le acque
dilavanti.
V
F
Lezione 2
genere, le acque sono calde e poco dense.
V
F
V
F
Infiniti.
Cinque.
25 L’energia della maggior parte delle onde deriva da:
a
14 Il termoclino si trova solo alle basse
latitudini.
ca superficiale?
a
Uno soltanto.
c
b
Un numero variabile. d
Lezione 4
13 Nella zona superficiale degli oceani, in
Lezione 3
b
correnti.
vento.
c
d
maree.
gravità.
26 Che cosa accade a un’onda quando si avvicina alla li-
15 L’upwelling consiste nella risalita di acqua
fredda dagli strati più profondi dell’oceano.
V
F
V
F
16 La Corrente del Golfo è uno spostamento
stagionale di acqua superficiale.
Lezione 4
17 Lontano dalla costa le particelle d’acqua,
in corrispondenza delle onde, sono
caratterizzate da un movimento
circolare orbitale.
della Terra presentano un’alta e una
bassa marea.
nea di costa?
a
La lunghezza diminuisce e aumenta l’altezza.
b
La lunghezza aumenta e diminuisce l’altezza.
c
Diminuiscono la velocità e l’altezza.
d
Diminuiscono il periodo e l’altezza.
Collega i termini elencati (numeri) alle affermazioni appropriate (lettere).
V
F
Lezione 4
27 marea
18 Ogni giorno, tutte le località costiere
sizigiale
V
F
28 marea
di quadratura
Scegli la soluzione corretta.
29 alta marea
Lezione 1
19 In che modo l’acqua viene trasferita dalle piante al-
l’atmosfera?
a
Per infiltrazione. c
b
Per precipitazione. d
salinità.
densità.
Per traspirazione.
Per condensazione.
30 bassa marea
a è caratterizzata dalla minima
escursione di marea
b si può verificare dove l’attrazione
gravitazionale della Luna è minima
e la forza centrifuga è massima
c la Luna non si trova sulla verti-
cale del luogo in cui si registra
d si verifica in concomitanza del-
l’allineamento del Sole e della
Luna con la Terra
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UNITÀ 4 LE ACQUE OCEANICHE 97
Lezione 1
31 Elenca i processi che caratterizzano il ciclo idrologico.
Per gli appassionati
Il Mose
Lezione 2
aria compressa
32 Perché la salinità è espressa in parti su mille anziché
paratoia
mare aperto
parti su cento?
laguna
Lezione 3
33 Quale ruolo giocano le correnti oceaniche nel man-
tenere il bilancio termico globale della Terra?
Lezione 4
34 Che cosa accade a un oggetto galleggiante in alto ma-
re, se un’onda lo investe?
acqua espulsa
35 Quale fattore può determinare l’aumento dell’altez-
basamento
ETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE
za di un’onda?
Per riflettere e applicare le conoscenze
Sai interpretare una tabella?
Lezione 2
Domande 36-38 Un oceanografo ha registrato, in una da-
ta zona, i dati riportati nella tabella. Riporta i dati su un grafico, quindi rispondi alle seguenti domande.
36 Che cosa accade tra
A Venezia è in corso di realizzazione un progetto volto alla difesa dall’acqua alta, noto come Mose (acronimo di Modulo Sperimentale Elettromeccanico). Consiste in un sistema di paratoie accostate e incernierate sul fondo. Si
tratta di strutture metalliche larghe circa 20 m, lunghe dai
20 m ai 30 m e spesse 5 m. Quando non utilizzate sono
piene d’acqua marina e alloggiate sul fondo; quando una
marea supera i 110 cm rispetto allo zero mareografico di Punta della Salute, l’acqua viene sostituita con aria compressa
che ne determina il sollevamento per rotazione lungo le
cerniere. In questo modo la laguna è temporaneamente
isolata dal mare aperto e il flusso di marea bloccato.
Profondità (m)
Temperatura (°C)
0
23
200
22,5
400
20
600
14
800
8
38 In quali aree del piane-
1000
5
1200
4,5
ta pensi che sia possibile riscontrare tale andamento? Perché?
1400
4,5
Toys as drift meters
1600
4
In January 1992 a cargo ship lost 12 containers overboard during
a storm in the North Pacific Ocean. One of these containers held
29 000 package of small, floatable, colorful plastic bathtub toys in
the shape of blue turtles, yellow ducks, red beavers, and green
frogs. The toys began to come ashore in southeast Alaska 10
months later, which verified computer models of North Pacific
circulation. Since then, oceanographers have
continued to study ocean currents by tracking
other floating items spilled from cargo ships,
including 34 000 hockey gloves, 5 million
plastic Lego pieces, and an unidentified
number of small plastic doll parts.
400 m e 1200 m di profondità?
37 Dove si verifica, in ge-
nerale, negli oceani,
questa variazione di
temperatura?
Rispondi alle seguenti domande.
Lezione 1
39 Come pensi influisca il riscaldamento globale sul bi-
lancio idrico della Terra?
Lezione 2
40 Spiega perché nelle regioni polari la salinità varia
stagionalmente.
Lezione 3
41 Quali conseguenze pensi che possa avere l’upwelling
sulle attività umane?
Lezione 4
42 Spiega perché nella maggior parte delle località costie-
re si verificano due alte maree e due basse maree
ogni giorno.
a. Ricerca le motivazioni che rendono Venezia soggetta al
fenomeno dell’acqua alta.
b. Che cos’è lo zero mareografico?
c. Riassumi schematicamente come funzionano le paratoie.
d. Questo progetto ha trovato numerosi oppositori: quali
ritieni siano i sui punti deboli?
In English, please!
a. Look at the map 3.2 on page 139,
and identify the North Pacific Gyre.
b. According to this model of North Pacific
circulation, which current would probably
carry many of the toys from Alaska shores and disperse
them throughout the North Pacific Ocean?
AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE *
Rispondi in modo sintetico alle seguenti domande.
