BIO mari - Pearson
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9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 77 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 78 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 79 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 80 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. 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 81 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? 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 82 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 83 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 84 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? 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 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. 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 86 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. 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 87 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 as y .O shio uro K C. C. nord-equatoriale C. sud-equato riale C C. di Ag ulh as C. d el B 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. au stra a oc lian C. Leeuw i a ni or 0˚ 90° corrente calda corrente fredda .d ell aS om a C de o l el C. dc. ifico sett. 40˚ Pa circuito C. d ell del Pacifico aC ali settentrionale f 20˚ C. nord-equatoriale 60° C. delle Ca.n tica tlan a d or te n rren o C nte rre olfocircuito G dell’Atlantico settentrionale C. nord-equatoriale a sk l’ del C. Ala 30˚ 0° . or ad br La 60˚ 60° 30˚ C. della Groenlandia or. No rve gia C. d el 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? 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 88 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. 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 89 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * AREA COMPETENZE * ARE 90 12-04-2011 13:53 Pagina 90 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? 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 91 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? 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 92 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) 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 93 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 94 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? 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 95 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 …………………………… . 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 96 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 9788863642704_77_97_U4.qxd:BIO mari 12-04-2011 13:53 Pagina 97 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.
