L’ oceanografia è la scienza che ha per oggetto lo studio dell'ambiente marino e dei processi fisici, chimici e biologici che si sviluppano in esso e ne mantengono la struttura e i movimenti.

Essa si divide in tre grandi settori :

l'oceanografia dell’ambiente fisico: studia i rilievi, la natura e la genesi dei fondali oceanici fino agli zoccoli dei continenti;

l’idrologia marina, si occupa delle proprietà fisiche e dei movimenti delle masse d'acqua marina (maree, correnti), e delle interazioni tra gli oceani e l'atmosfera terrestre;

l'oceanografia biologica, infine, studia le specie vegetali e animali che vivono nel mare.

L’oceanografia si è sviluppata considerevolmente negli ultimi trenta anni.Batiscafi,, radar, sonar, satelliti R.O.V. (Remote Operating Vehicle)

Carte topografiche dei fondali marini, tabelle delle correnti, mappe dei flussi migratori dei branchi di vari tipi di animali, dalle balene al plancton.

L’ oceanografia

La deriva dei continenti

Alfred Wegener (1880-1930), un geofisico tedesco, ipotizzò che 200 milioni di anni fafosse esistito un unico grande continente detto Pangea

Oceanografia fisica

La pangea si sarebbe frazionata in due zolle (Laurasia a nord e Gondwana a sud) le quali, a loro volta, si sarebbero lentamente separate, formando gli odierni continenti e oceani.

Wegener presentò a sostegno della sua teoria:1) la perfetta corrispondenza di forme tra la costa orientale dell'America meridionale e quella occidentale dell'Africa, 2) le formazioni rocciose delle opposte sponde atlantiche del Brasile e dell'Africa occidentale erano della medesima era geologica, presentavano uguale struttura e consistenza e vi si trovavano le stesse specie di fossili di animali e piante

Nei decenni successivi la teoria di Wegener fu convalidata soprattutto in seguito allo studio della profondità e della struttura dei fondali oceanici che portarono alla scoperta delle Dorsali oceaniche e alla formulazione della teoria della tettonica a zolle (1960).

La tettonica a zolle

La crosta terrestre è costituita da una dozzina di zolle (o placche) rigide, che si muovono, indipendentemente l'una dall'altra, su uno strato di magma (roccia allo stato fluido per l’alta temperatura), detto astenosfera, che ha uno spessore variabile fra i 50 e i 150 km.

Si ritiene che il movimento delle zolle in superficie sia causato da correnti di convezione, processo ciclico che spinge il magma più caldo e fluido verso la superficie ove si raffredda per poi tornare nel profondo dell’astenosfera a rifondersi.

Parte del magma che risale in superficie lungo i margini delle zolle, riesce a solidificarsi, aggiungendosi alla crosta terrestre, e provocando tensioni tettoniche che spesso si traducono in terremoti ed eruzioni vulcaniche.

I margini delle zolle non coincidono necessariamente con i margini dei continenti. Quest’ultimi costituiscono solo una parte della zolla cui appartengono, che può estendersi per centinaia di chilometri al largo delle coste.

Una zolla può essere composta da crosta continentale, da crosta oceanica o da entrambi i tipi di crosta.

I margini delle zolle possono essere di tre tipi: divergenti, convergenti e trasformi.

I margini divergenti appartengono a zolle che si allontanano l'una dall'altra a causa del magma che risale in superficie dall'astenosfera.

Il magma che affiora presso i margini divergenti solidifica, aggiungendo quindi nuova crosta alle estremità delle zolle che si allontanano.

Le dorsali medioceaniche, un esempio di questo tipo di margini, in genere assumono la forma di catene montuose sottomarine, alcuni tratti delle quali raggiungono altitudini tali da emergere dalle acque, formando isole come l'Islanda, nell'Atlantico settentrionale. Margini divergenti possono trovarsi anche in terre emerse: ne è un esempio la Rift Valley, che si estende per oltre 4.830 km dalla Siria al Mozambico. La divergenza ha reso sottile la crosta terrestre, che si frattura e sprofonda lungo questi margini.

I margini convergenti appartengono a due zolle che si muovono una verso l'altra, entrando in collisione.

Quando una zolla oceanica incontra il margine di una zolla continentale, come quella dell'America meridionale, la placca oceanica, più spessa e più pesante scivola sotto quella continentale, sprofonda nell'astenosfera e subisce un parziale processo di fusione.

In corrispondenza dei margini si formano spesso profonde fosse oceaniche, mentre sulla zolla continentale si innalzano catene montuose e possono verificarsi terremoti, capaci di spostare le zolle fino a 5 m. Faglie di questo tipo si trovano in Cile, Giappone, Taiwan, Filippine, Nuova Zelanda e Sumatra.

I margini trasformi appartengono a zolle che scivolano l'una accanto all'altra in direzioni opposte. Tale movimento non provoca fenomeni vulcanici, ma violenti terremoti. Un esempio di margine trasforme è la Faglia di San Andrea in California e le dorsali medioceaniche sono incise da centinaia di piccole faglie trasformi.

La rivoluzionaria teoria della tettonica a zolle spiega l'origine di varie formazioni della superficie terrestre, la causa dei movimenti dei continenti, l'attività dei vulcani e l'origine dei terremoti. La maggior parte delle eruzioni vulcaniche e dei terremoti si verifica, infatti, lungo i margini delle zolle.

L’espansione dei fondali oceanici

Nelle dorsali oceaniche le rocce più vicine alla cresta della dorsale sono di formazione più recente di quelle più lontane

La struttura geomagnetica di un versante della dorsale è speculare e di orientamento contrario a quello del versante opposto.

Non vi sono sedimenti marini sulle creste, ma essi aumentano man mano che ci si allontana dall’asse della dorsale

Lungo l’asse si è osservato un notevole flusso di calore.

Tutto ciò, oltre a confermare la teoria della tettonica a zolle, prova l’espansione continua dei fondali oceanici : il magma raggiunge il fondo oceanico dalle profondità della Terra, subisce un rapido raffreddamento e si solidifica, formando nuova crosta e spingendo le placche ai lati della dorsale che si allontanano l'una dall'altra.

Nella dorsale Atlantico settentrionale la creazione di nuova crosta provoca lo spostamento dei margini delle zolle interessate di 2 cm l'anno, mentre nella dorsale del Pacifico può superare i 6 cm annui.

Questi movimenti provocati dalle correnti di convezione che hanno origine nel mantello o astenosfera, hanno dato luogo – nel corso di milioni di anni – al fenomeno della deriva dei continenti.

La cresta della dorsale oceanica presenta anche profonde zone di frattura trasversali o faglie trasformi, che si sviluppano per scaricare le tensioni diseguali di espansione oceanica. La maggior parte di queste faglie è situata sotto gli oceani; una di esse (la faglia di San Andrea), tuttavia, emerge dall'oceano Pacifico in prossimità della cittàdi San Francisco e continua per centinaia di chilometri sul territorio californiano.

La subduzione

La subduzione si verifica quando due placche si scontrano e una delle due scivola sotto l'altra, sprofondando nell'astenosfera, dove viene parzialmente fusa, formando nuovo magma, che successivamente risale in superficie con fenomeni eruttivi.

Quando, delle due zolle, una è oceanica e l’altra continentale, è quella oceanica, costituita da roccia basaltica più densa, ad andare in subduzione al di sotto dell’altra; nel punto di contatto si forma una fossa oceanica, mentre al di là di questa si innalza a poco a poco una catena vulcanica, derivante dall’accumulo del materiale magmatico risalito in superficie in seguito alla fusione della zolla sprofondata. È questo il caso della catene delle Ande, formatasi circa 60 milioni di anni fa in seguito alla convergenza della placca di Nazcacontro quella sudamericana.

Se invece le due zolle convergenti sono entrambe oceaniche, quella che va in subduzione produce quello che va sotto il nome di sistema arco-fossa: una fossa e un arco insulare dall’andamento quasi parallelo. È questo il caso delle fosse oceaniche delle Marianne (11.000 mt.), di Tonga (10.800 m), delle Filippine (10.500 m), delle Curili (10.500 m), tutte associate a un arco di isole vulcaniche.

Quando si scontrano due zolle continentali, i margini di entrambe sono sottoposti a una pressione verso l'alto che determina la formazione di catene montuose. La collisione della zolla dell'India con quella dell'Asia, ad esempio, ha formato l'Himalaya e, poiché tale processo non si è ancora concluso, le catena himalayana è ancora in fase di innalzamento.

La Sicilia, con i suoi vulcani (Etna, Vulcano, Stromboli e numerosi altri sommersi, molti dei quali attivi), è una zona soggetta a tali fenomeni: nel banco Graham, a circa 30 miglia a sud di Sciacca nel 1831, emerse un'isola del tutto nuova che venne chiamata Ferdinandea in onore di re Ferdinando II, re delle Due Sicilie.L'isola poi risprofondò in breve tempo e ora sta pian piano riemergendo (nel 2003 era a soli 8 mt. sotto la superficie),

Il fenomeno dell'isola di Surtsey (Islanda) verificatosi negli anni '60, quanto quello verificatosi nelle isole Salomone dove c'è un'isola comparsa e scomparsa ben 9 volte dal 1939 ad oggi.

Oceani

Gli oceani sono grandi masse di acqua salata che si trovano in profondi bacini fra i vari continenti. Essi occupano circa i tre quarti dell’intera superficie terrestre e, pur essendo tutti comunicanti fra loro, vengono suddivisi per comodità in oceano Atlantico, Pacifico e Indiano in base alla loro collocazione geografica.

Porzioni di oceano semichiuse da terraferma vengono parimenti denominate mari (Mediterraneo, Baltico, Artico,ecc.).

La profondità media dei bacini contenenti gli oceani è di 3.960 metri.

Gli oceani contengono il 97% dell’acqua esistente sulla Terra e sono pertanto essenziali per il mantenimento di tutte le forme di vita.

IDROBIOLOGIA

Composizione chimica dell’acqua di mare

Costituenti principali: Ioni Cl SO4, HCO3, Br, Na+, Mg++, Ca++, K+, Sr, HBr,

Nutrienti: P, N, Si, F, Al, Li

Gas elementari disciolti: O2, CO2

Elementi in traccia: quasi tutti quelli della tavola periodica e numerosi radio isotopi degli stessi

Sostanze organica: idrocarburi, carboidrati, grassi, proteine, polipeptidi, amminoacidi

Sostanze biocomplesse: vitamine, ormoni, enzimi, antibatterici e antivirali

Cl: ione più abbondante

Na: 2° per abbondanza (funzione biologiche di base)

Mg: 3° per abbondanza (funzione biologiche di base e costituente essenziale della clorofilla)

Ioni principali

Ca++: 4° per abbondanza. La sua concentrazione è limitata dalla solubilità del carbonato di calcio che dipende in larga misura dal Ph a sua volta oscliiante fra 7, 3 e 8,3.

Bassi valori di Ph (spesso causati dalla presenza di CO2 organica contribuiscono ad aumentarne la [] del Ca++ in soluzione.

L’utilizzazione del Ca++ come carbonati e fosfati insolubili da parte di numerosi organismi marini (Alghe unicellulari, Foraminiferi, Spugne, Idrozoi, Antozoi, Policheti, Molluschi Echinodermi, Vertebrati) limita la concentrazione di tale ione.

K+: pur essendo abbondantissimo in natura non lo è nelle acque marine perchè è rapidamente sequestrato dagli organismi e dal fondo

Sr++: partecipa alla formazione delle conchiglia dei molluschi. Il rapporto Sr /Ca determina la formazione di aragonite (Sr abbondante) o di calcite (Sr scarso)

B: è abbondante prevalentemente negli organismi bentonici e fondamentale per l’accrescimento di alcune specie algali

I rapporti fra il Cl e gli altri ioni principali sono diversi ma costanti. Tale costanza non varia al variare della salinità almeno nei mari aperti e negli oceaniAd es. il rapporto SO4/Cl è costante nelle acque oceaniche (0,14)Nelle acque costiere l’apporto di S può aumentare per l’apporto delle acque fluviali o per l’azione dei solfobatteri SO4> H2S

Nei mari chiusi i rapporti ionici possono variare generando tipicamente differenze di popolamento. Gli organismi marini infatti sopportano meglio le variazioni di pressione osmotica rispetto alle variazioni della composizione chimica dell’acqua

Nel Mar Nero ad es. la bassa frequenza di precisi gruppi zoologici non dipende dalla bassa salinità (13 0/00) ma dall’alterato valore dei rapporti ionici Na/K, Mg/Ca.

La costanza del rapporto fra Cl e gli altri ioni consente di determinare la Salinità: quantità di Sali in g in un litro di SWS= 1,80655*Cl dove Cl e la clorinità

Misura della conduttività: metodica alternativa

Rapporti tra ioni

C: presente come CO2 e ione HCO3

N: presente come NO2 e no3 nh4 (0,5 mg/l)

P: presente come Po4 (0,07mg/l)

Nutrienti

Nutrienti (µmol Kg-¹)

PO4:P 0.20

NO3:N 0.20

NH4:N 0.20

SiO3:Si 5

DOP:P 0.2

DON:N 10

TOC:C 50

ph 8.25

TA 2.3

• Trasmissione della luce

1) Clouds, carbon dioxide reactswith water to form a weak acid. H2O + CO2 --> H2CO3H2CO3 > H+ + HCO3

-

2) The acidic rain formed by the combination of CO2 and H2O in clouds rains to the ground and reacts with limestones.

CaCO3 + H+ + HCO3---> Ca++ +

2HCO3-

3) The acidic rain formed by the combination of CO2 and H2O in clouds falls to the ground and reactswith minerals in continental rocks. Feldspars, the most common minerals in continental rocks, are calcium, sodium, or potassiumaluminum silicates.

2NaAlSi3O8 + 2H+ + 2HCO3- + 9H2O --> Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ + 2HCO3

- + 4H4SiO4

NOTE: On the right side of the reaction, Al2Si2O5(OH)4 = insoluble clay mineral2Na+ + 2HCO3

- + 4H4SiO4 = soluble products

Ciclo dei nutrienti in mare

• Trasmissione della luce

4) The dissolved ions in sea water leave it in a variety of ways: Organisms building shells: Ca++ + 2HCO3

- --> CaCO + H O + CO3 2 2H SiO --> SiO ·2H O4 4 2 2

EvaporationNa+, K+, and Cl- are taken out of sea water sporadically when sea water evaporates formingevaporite deposits. (This is where table and road salt come from.) Na+ + Cl- --> NaCl (Halite)K+ + Cl- --> KCl (Sylvite)

3) Iron and magnesium are found in another group of minerals. When theyare oxidized at the surface of continents, they yield iron and magnesium ions.

2MgFeSiO3 + O2 --> 2Fe++ + 2Mg++ + 2SiO4

NOTE: On the right side of the reaction, 2Fe++ + O2 --> Fe2O3 = insoluble, left behind as a stain.2Mg++ and 2SiO4 = soluble and carried to the sea.

• Trasmissione della luce

5) Ocean sediments consist of biogenically produced shells that rainto the ocean floor and clay mineralsand quartz, the insoluble products of erosion. The latter are washed to the sea by rivers or carried to the ocean bywinds from arid continental areas.

6) Mid ocean ridges, sea water enters the oceanic crust through fractures, isheated, and reacts with crustal minerals. In the process, SO4= and Mg++ are removed from sea water through the follwing reactions:

Ca++ + SO4= --> CaSO4Mg++ + Basalt + H2O --> Mg(OH)SiO3 + H+

7) Clay minerals and limestones are heated at subduction zones and react with SiO2: 2Na + + Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 --> 2NaAlSi3O8 + 2H2O AND SiO2 + CaCO3 --> CaSiO3 + CO2

8) Volcanoes above subduction zones produce CO2, H2O, H2S, and SO2.

Elementi in tracciaCostituiscono una frazione trascurabile con [ ] spesso espresse in ppmma assumono rilevante valore biologico

Si: si trova in mare in forma solubile e di particelle sospese

Si solubile >SiO2 Biossido di silice, e [Si(OH)4) acido ortosilicico

Sebbene i silicati abbondino nelle roccie terrestri la silice in mare e al disotto del valore di saturazione (100µg/l) In genere si attesta sui 8-9 µg SiO2/l

Le diatomee, i silicoflagellati, i radiolari e alcune spugne sono in grado di utilizzare selettivamente il silicio tanto da far variare il quantitativo di tale elemento durante il loro ciclo stagionale di 2 o più ordini (70-200µg/l a 2-3 mg/l)Fe, Cu, Mn rivestono un ruolo fondamentale nei cicli di molte alghe unicellulari

Cu: varia da 1µg/l a largo fino a 30 µg/l in zone costiere. E’selettivamente concentrato in molti organismi (150 µg/kg Fucus serratus, 4-18 mg/l nei crostacei, fino a 30mg/l nei molluschi (emocianina)

Favorisce la fissazione e la metamorfosi di molte larve pelagiche

E’ citotossico e può avere azione nociva sulla fotosintesi

Azione contrastante e selettiva

Sostanze chelanti possono attenuare gli effetti

Li 20

Si 5

Mo 0.1

Ba 0.04

V 0.04

Ni 0.004

Cr 0.003

AI 0.002

Cu 0.001

Zn 0.001

Mn 0.0004

Fe 0.0001

Cd 0.0001

Pb 0.00006

Co 0.00005

Ag 0.00001

Ti 0.000010

Micro moli/l

Fe: in soluzione presente come Fe++ e Fe+++ o come idrossido

Ferro colloidale o associato a colloidi

Ferro di origine terrestre sui fondali

Bassa solubilità in acqua. [ ] variabile: mare aperto 2,5-50 µg/l, in acqua costiere 100-1000 µg/l. Può variare con la profondità

Essenziale nella crescità di alcune microalghe.

Componente primario dell’emoglobina presente in molti invertebrati e vertebrati marini

Mn: presente in molte sostanze organiche legate a particelle in sospensione

Bassa solubilità in acqua. [ ] variabile: mare aperto 0,5-10 µg/l, in acqua costiere 50-100 µg/l: Può variare con la profondità

Durante la sedimentazione sul fondo e decomposizione il Mn liberato può formare i noduli presenti sui fondali oceanici

Essenziale per molte microalghe in quanto coenzima

Alogeni (Br, Fl, I): presenti in tracce. Lo I è selettivamente accumulata nella cellule di alcune alghe bentoniche, nella tiroide dei vertebrati e nell’endostilo dei tunicati

Mo: (2-18µg/l) indispensabile per favorire l’utilizzazione dei nitriti da parte del fitoplancton

Co: necessario per la formazione della vitamina B12, essenziale alla crescita di molti fitoplanctonti

Solo una piccola parte (4-8%) delle radiazioni luminose che raggiungono la superficie del mare viene riflessa e diffusa dalla sua superficie; la parte restante penetra nella massa acquea dove viene assorbita etrasformata in calore o in energia chimica per la fotosintesi clorofilliana. L'intensità della luce che penetra nell'acqua diminuisce progressivamente in funzione della lunghezza d'onda e dello spessore dellostrato attraversato dalla luce.

Penetrazione della luce nell'acqua

Il colore dell'acqua di mare dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche delle acque e dalle particelle solide in sospensione (torbidità), oltre che dalle condizioni di luminosità del cielo che vi si riflette.

Il colore azzurro-blu è determinato dalla diffusione, prodotta dalle stesse molecole d'acqua, delle radiazioni a breve lunghezza d'onda, mentre vengono maggiormente assorbite le lunghezze d'onda superiori. La tinta azzurra dominante può essere però più o meno alterata dall'assorbimento selettivo operato dai materiali in sospensione (residui organici, argille, ecc.) e dalle colonie di organismi planctonici. Generalmente la determinazione del colore del mare viene effettuata per confronto con scale colore-metriche convenzionali.

Penetrazione della luce nell'acqua

Salinità media degli oceani 35 per mille (35 g di sali per 1 kg di acqua).

Variazioni della salinità dipendono dalla evaporazione e dall’apporto di acque dolci ma anche da complesse interazioni con i venti, le correnti , la stratificazione termiche

Tra i mari più salati c'è il Mar Rosso, (40 ‰), il Mediterraneo (37‰). Ancora più salati sono i mari interni, i laghi salati, e quelli che non fruiscono di ricambi d'acqua. Il Gran Lago Salato ed il Mar Morto arrivano perfino al 300 ‰

Mediterraneo oriantale 40‰

Mediterraneo Occidentale 37‰

Adriatico 8-37‰ superficie, 37‰ stabile a 15m

Salinità

Una certa variazione di salinità la si può notare anche tra gli strati superiori e quelli inferiori dell'acqua

L’apporto fluviale puo ridurre drasticamente la salinità, il raffreddamento delle acque e la bora può spingere verso il largo richiamando acque salate meridionali.

TemperaturaLa temperatura superficiale degli oceani varia: con la latitudine e dalla distanza dalle coste

Le acque oceaniche dell'emisfero boreale hanno una temperatura media di poco superiore a 19°, mentre quelle australi superano di poco i 16°.

La temperatura dell'acqua marina diminuisce di circa 0,3 °C per ogni grado di latitudine : di conseguenza, è in media di 27 °C presso l'equatore (lat. = 0°) e di – 2 °C presso i poli (lat.= 90°). Ciò per il diverso riscaldamento del mare da parte dei raggi solari

Inverno

AutunnoEstate

PrimaveraNei mari polari ed in quelli tropicali l’ escursione annua rimane pressochè costante. Nei climi temperati l'escursione termica stagionale è maggiore, ma mai superiore a circa 10 gradi C. Riguarda soltanto gli strati superficiali. Nelle profondità, l'escursione termica stagionale è minima in tutti i mari e varia tra 0°C e 2,5°C.

Nei mari interni risente dell’influenza delle condizioni climatiche delle aree continentali

Dipende dal ciclo delle stagioni e da quello circadiano, dalla nuvolositàe vento in minima parte

Le oscillazioni circadiane della temperatura si smorzano con la profondità

Le oscillazioni stagionali sono rilevate fino a 2-300 m a profonditàmaggiore la T è sempre costante

Alle medie latidudini l’escursione termica annuale può essere superiore a 10-15°

La T in profondità può esser influenzata dalla turbolenza

Temperatura

Anche con la profondità si ha una progressiva diminuzione di temperatura, fino a raggiungere valori compresi tra 1 e 3 °C oltre i 4000 metri.

Questo è un sottile strato d’acqua che, come un mantello, divide la massa d’acqua soprastante (piùcalda), da quella sottostante (più fredda). La differenza di temperatura tra l’acqua sopra il termoclinoe quella di sotto è notevole (fino a 10°C circa). Scendendo, la temperatura si abbassa ancora, ma costantemente, fino al minimo di 1°C. Questo fenomeno si riscontra a varie profondità a seconda della latitudine : pochi metri all’ equatore, da 100 a 1000 metri per le basse e medie latitudini, non si riscontra oltre il 50°N e oltre il 50°S, zone ove già l’acqua si trova costantemente alla minima temperatura. La circolazione per convezione avviene esclusivamente negli strati superiori al termoclino, non c’è alcuno scambio fra i due strati, come se fossero divisi da un contenitore trasparente.

Nel Mediterraneo a LuglioSuperficie circa 22°, graduale diminuzione fino a 20m (circa 17°) al di sotto del quale repentina diminuzione a 14°, da qui a 2000m diminuzione da 14-13°

Lo strato in cui si ha la variazione di T è detto termoclino e puotrovarsi a differente profondità durante le stagioni

Negli oceani la temperatura delle acque abissali può arrivare a -2 (non ghiaccia per la presenza dei sali), stessa temperatura nelle acque polari sotto il ghiaccio

I mari polari sono dunque uniti fra loro da acque fredde che si approfondiscono spostandosi dai poli nella regione equatoriale

Nei mari polari d’estate la T superficiale può essere leggermente più calda per l’irradiazione di qualche °. Già sotto il primo metro la T si abbassa e diventa costante

D’inverno il raffreddamento superficiale porta alla produzione di ghiaccio, meno denso perchè al di sotto di 4° il peso specifico dell’acqua diminuisce

Seguirà uno strato sottostante dove la T si aggira fra 4 e 0° rimanendo liquida

Densità: massa/volume

Dipende dalla temperatura T, dalla salinità S e dalla pressione P

Densità relativa o normale : peso di x volume di SW a 0°/peso di x volume di DW a 4° (relativa solo alla superficie pertanto indipendente dalla pressione)

Densita in superficie: da 1 a 1,03 a seconda della T e S

Densita in situ (dipendente dalla salinità e pressione)

Alle grande profondita : 1,06-1,07 per effetto della pressione

Nella pratica oceanografica si usa la densità sigma: dσ= 1000 (d-1)

Pertanto una densità di 1,027 si dice che ha densità 27

Le ricerche sulla distribuzione della densità rivelano le caratteristiche di diversità dei corpi d’acqua di un bacino indispensabili per definire i flussi d’acqua nell’ambito

del bacino stesso

Diagrammi TS: variazione dei due parametri i funzione della profondità o del tempo

La S e la T condizionano la distribuzione degli organismi marini:

Specie steno e euriterme

Specie steno e eurialine

Densità

L’acqua degli oceani e dei mari sotto l’azione di forze diverse quali: il vento, l’attrazione gravitazionale, la rotazione terrestre, l’attività vulcanica/sismica e la convezione termica, è necessariamente in continuo movimento. I movimenti piùsignificativi sono : - il moto ondoso;- le maree;- le correnti.

Movimenti dell’acqua marina

Le onde sono generate dal vento che soffia sulla superficie dell’acqua e trasferisce ad essa la sua energia. L’altezza delle onde dipende da tre fattori :-la velocità del vento;-la durata del vento;-la distanza o area coperta dal vento (fetch).

Le onde in genere si formano ad una certa distanza dalla costa; crescono fino a frantumarsi in frangenti spumeggianti vicino alle rive; le creste delle onde, separate da concavità (ventri o solchi), si succedono con regolarità, secondo un ritmo o periodo che può oscillare da uno a venti secondi. Tipicamente un’onda lunga di alto mare ha una lunghezza d’onda di 600 mt., un periodo di 20 secondi ed una velocità di 30 mt/s., mentre un onda alimentata dal vento ha di norma una lunghezza di 70 mt, un periodo dei 7 secondi ed una velocità di 10/15 mt/secondo.

Moto ondoso

Il piu semplice profilo di un onda e quello sinusoidale in cui l’ampiezza dell’onda è molto piccola rispetto alla lunghezza (tipico dell’onda di mare lungo)

Moto ondoso: successione regolare di culmini (creste) alternati a valli (cavi)La distanza fra due culmini e la lunghezza dell’onda o lLa distanza fra il culmine e il cavo è l’altezza dell’onda o HIl tempo intercorso fra il verificarsi di due creste: periodoNel tempo di un periodo viene percorso dall’onda uno spazio pari alla lunghezza e alla sua velocita v : l=vT

Nelle onde di deriva la velocità aumenta con l’aumentare della lunghezza dell’onda Es: Altezza onda 6 m, Periodo 2 sec, Vel 3m/s

Altezza onda 100m Periodo 8 sec vel 12 m/s

L’altezza delle onde aumenta quando il vento e le onde procedono associati per lunghi tragittiLa formazione e la persistenza delle onde vengono ostacolate da materiali in sospensione come ghiaccio, sostanze oleose, banchi di plancton

Onde interne: alla superficie di contatto di due corpi d’acqua con caratteristiche diverse si hanno movimenti turbolenti interni. Tali onde interne generalmente profonde possono influenzare la superficie con lievi, o forti increspature

• Trasmissione della luce

Scala Beufort

Moto ondoso

Le onde sono causate dal vento. L'azione di pressione e attrito esercitata dal vento produce le onde forzate o marosi. Il moto ondoso però non cessa al calare del vento, ma si attenua lentamente per dispersione di energia cinetica. Si hanno così le onde lunghe, di aspetto più liscio ed arrotondato, che si propagano anche per lunghissime distanze senza mutamenti apparenti.

Durante il moto ondoso viene trasmessa solo la forma dell'onda mentre l'acqua rimane praticamente stazionaria. Le singole particelle d'acqua descrivono delle orbite circolari ma permangono più o meno nella stessa posizione; le orbite, che in superficie hanno un diametro circa uguale all'altezza dell'onda, diventano sempre più piccole con la profondità così che il moto ondoso si smorza gradualmente.

La profondità dell'acqua sotto la quale non vi è più moto ondoso è conosciuta con il nome di livello base delle onde, che equivale alla metà della lunghezza d'onda. Sotto questo livello il movimento dell'acqua è praticamente nullo. Tali onde sono quelle di mare aperto e prendono il nome di onde di oscillazione.

L'altezza delle onde dipende dall'intensità del vento, dalla sua durata e dall'estensione della superficie marina che ha subito l'azione del vento. Avvicinandosi alla costa, non appena lo spessore d'acqua diventa minore della metà della lunghezza d'onda, questa comincia a subire l'attrito del fondo e le orbite circolari di superficie delle particelle d'acqua si deformano in ellissi che diventano sempre piùschiacciate con la profondità.

Il fondale esercita un'azione frenante per cui la base dell'onda rallenta rispetto alla cresta che procede con velocità invariata fino a quando, superato il limite di stabilità, si rovescia e precipita nel cavo antistante; a questo punto l'onda si scompone, scompare il moto orbitale e si forma il frangente di spiaggia, mentre il flutto di ritorno, che spesso si muove sotto l'onda in arrivo, prende il nome di risacca.

Sono queste le onde di traslazione che non consistono più in una semplice oscillazione verticale ma in un vero e proprio trasporto laterale d'acqua. Quando un'onda si avvicina ad una costa irregolare, essa non tocca il livello di fondo nello stesso istante lungo tutta la sua lunghezza. Quella parte di onda che si trova sul fondale più basso rallenta la sua velocità prima cosicché il profilo trasversale dell'onda si inflette. Questo fenomeno è detto rifrazione, e produce una concentrazione di energia in corrispondenza dei promontori e delle sporgenze costiere. La forza dell’onda puo essere di molte Ton /m2. Nelle baie e nei golfi l'energia viene dissipata in un fronte più ampio e le onde che raggiungono la riva sono meno forti.

Il risultato di questa distribuzione di energia è lo smantellamento dei promontori ed il riempimento delle baie mediante trasporto di sedimenti, con la tendenza finale a rendere più rettilinea la costa. Infatti, siccome le onde incontrano la riva obliquamente, ne risulta una componente di deriva con trasporto longitudinale di materiale, parallelamente alla spiaggia. Si instaura così una corrente parallela al litorale (corrente di deriva litorale) che è interrotta di tanto in tanto da correnti di risucchio (rip currents), nei mari oceanici molto forti e pericolose. (27)

La lunghezza delle onde generate dal vento può essere minore o maggiore della profonditàdell'acqua in cui esse si propagano; nel primo caso si parla di onde corte, nel secondo di onde lunghe. Queste ultime comprendono fenomeni di tipo, entità e origine diversi, a partire dalle piccole oscillazioni del livello del mare, limitate alle insenature, fino alle maree, estese agli oceani nella loro globalità. Un esempio importante di onde lunghe è dato poi dagli tsunami. Generati da terremoti sottomarini, sono onde che attraversano l'oceano ad altissima velocità (di norma 200 m/s) : queste onde, molto lunghe e basse, possono risultare impercettibili per le navi in alto mare, ma hanno effetti devastanti quando si abbattono sulle coste, specialmente quelle insulari.

Le acque dei mari e degli oceani sono in costante movimento

Le acque superficiali si rimescolano con quelle profonde, a volte in tempi lunghissimi ( > 100 A scambio tra le acque superficiali e quelle abissali)

Nei mari poco profondi le condizioni di stratificazione possono essere rotte da moti turbolenti come correnti generate da forti venti

La circolazione oceanica superficiale crea enormi vortici che racchiudono zone di relativa calma

Le aree oceaniche sono suddivise da linee di convergenza e divergenza.

Masse di acque convergono quando in una determinata zona si ha sottrazione di acqua per evaporazione o perchè l’acqua superficiale si immerge

Apporti di acqua dolce e immissioni di acque profonde sono causa di divergenza

Correnti

La circolazione negli oceani è influenzata dalla morfologia delle coste, del fondo e dalle masse continentali

1) Differenze nella distribuzione della densità e viscosita nelle acque marine: correnti di gradiente

2)Interazioni tra atmosfera e oceano: vento, cambi di densità dovuti a evaporazioni e precipitazioni

correnti causate dal vento: correnti di deriva, essenzialmente superficiali perchè l’azione di trascinamento si estingue in profondità a causa dell’attrito interno delle masse di acqua

3) Correnti causate dalla forza gravitazionali esterne alla terra: correnti di marea

4) Correnti causate dallo sbocco di corpi d’acqua: correnti fluviali

Le correnti rimescolano le acque distribuendo la T, i gas e i nutrienti

Trasportano organismi marini

Il percorso e la velocità delle correnti puo essere rilevato in maniera idrodinamica o Lagrangianomediante gallegianti seguiti mediante rilevari satellitari

Oppure in modo Euleriano mediante correntometri fissi in un punto

Cause delle correnti

Poiché l’acqua dei mari equatoriali riceve più calore di quelle polari, si forma un movimento convettivo che va dalle acque più calde verso quelle meno calde. Tale movimento si aggiunge a quello, anche più intenso, dei venti costanti, generando un complesso e potente movimento circolare delle acque.

Le correnti dell’emisfero settentrionale si muovono in senso orario, quelle dell’emisfero meridionale in senso antiorario, sia per l’influenza dei venti dominanti che della rotazione della Terra (forza di Coriolis). Le correnti oceaniche sono fondamentali perché con il trasferimento del calore determinano il clima della Terra. La calda corrente del Golfo, che ha origine nel golfo del Messico, attraversa tutto l'oceano Atlantico in direzione nord-est e giunge fino al Nord Europeo mitigandone il clima .

Correnti oceaniche

Nella cartina è evidenziata la cosiddetta cintura di convezione oceanica, l'ampio circuito di correnti marine che ridistribuiscono il calore da un oceano all'altro e dagli strati profondi a quelli superficiali.

Le correnti oceaniche dell'estremità dell’emisfero australe, circolando in senso antiorario tra gli oceani Atlantico, Pacifico e Indiano, si mescolano generando una corrente fredda che circola in senso orario intorno all'Antartide e che viene denominata corrente circumpolare antartica.

Correnti oceaniche

Il raffreddamento è la causa principale dell’immersione di masse di acqua. Le acque salate e calde provenienti dalle regioni tropicali ed equatoriali si spostano alle alte latitudini si raffreddano e a paritàdi temperatura essendo più salate sprofondano

Correnti

Le correnti mediterranee

Il Mediterraneo si sviluppa per una lunghezza di 3.680 Km., tra lo Stretto di Gibilterra e la costa orientale,

La larghezza media di 700 Km.

Geograficamente si estende in longitudine dai 5° Ovest ai 38° Est e in latitudine dai 30° ai 45° Nord, con una superficie di 2.560.000 Km. quadrati.

L'ampio sollevamento del fondo, che si estende dalla Tunisia alla Sicilia (Zoccolo siculo-africano) divide in Mediterraneo in due bacini, uno occidentale e l'altro orientale

Mari e bacini minori: Mar di Alboran, Mar delle Baleari, Bacino Algero-Provenzale, Mar Ligure, Mar Tirreno, Mar Jonio, Mar Adriatico, Mar Egeo, Mar di Marmara, Mar Nero, Mar di Avoz, Mar di Levante.

Batimetrie minime: Stretto di Gibilterra e Canale di Sicilia (circa 300 mt.)

Il Mediterraneo non è influenzato dalle acque profonde atlantiche per la bassa profondità di Gibilterra che crea un alto gradino rispetto la profondità oceanica, né da quelle del Mar Rosso che non hanno una grande importanza idrologica per le ridotte dimensioni dell'Istmo.

Batimetria media di 1.495 mt.,

Punti di massima profondità, uno per bacino, individuati nel Mar Tirreno, con una fossa di 3.625 mt., e nel Mar Jonio ,con 5.092 mt..

Ciò non compensa l'evaporazione estiva e fa si che già a Gibilterra il livello medio del Mediterraneo si trovi più basso di quello atlantico di ben 10-15 cm. e, man mano che si procede verso Est, questo dislivello aumenta.

In inverno e in Primavera e le precipitazioni annuali medie raggiungono i 1.000 mm. sulle coste settentrionali, ma diminuiscono fino a meno di 100 mm. nelle regioni meridionali ed orientali.

Il mediterraneo per evaporazione si abbasserebbe di 1m all’anno se acqua atlantica non penetrasse da Gibilterra. L’acqua atlantica più fredda ma meno salata è meno densa e rimane in superficie.

Percorso: Africa, Medio oriente Cipro Egeo Adriatico. Altro ramo: Coste tirreniche fino al mar LigureNel Mediterrano orientale si forma una massa di acqua molto salata che si immerge formando una corrente intermedia che scorre in direzione opposta e penetra nel Adriatico e nel TirrenoUna controcorrente di acqua densa e fredda scorre dal Mediterraneo all’Atlantico

L'acqua atlantica è forzata ad entrare nel Mediterraneo, mentre al di sotto di questa si instaura una controcorrente in uscita, ad andamento opposto, di acqua mediterranea profonda (circolazione termoalina).

la controcorrente profonda in uscita da Gibilterra portando fuori le acque più ricche di nutrimento, crea una continua perdita della materia organica, e rendono il Mar Mediterraneo oligotrofico.

Correnti superficiali dei mari italiani

Giugno Luglio Agosto Settembre

La marea è quel fenomeno di innalzamento delle acque dell'oceano, sia in mare aperto, sia nelle insenature, prodotto dall'attrazione gravitazionale della Luna. Ad incrementare il fenomeno concorre anche il Sole con la sua forza di attrazione che comunque agisce in misura minore di quella lunare infatti, anche se piu' grande, esso dista dalla Terra 400 volte piu' della Luna, con la conseguenza che il nostro satellite farà sentire la sua influenza 2,2 volte di piu'.

Il risultato di queste forze mareali sarà allora un'oscillazione della massa liquida che provocherà in ogni istante un rigonfiamento del livello delle acque che si rifletterà anche nella parte opposta della Terra per cause che vedremo. Viceversa in altri due punti, diametralmente opposti, avremo due abbassamenti. Sono i cosiddetti fenomeni di alta e bassa marea che nell'ambito di un giorno lunare, 24 ore e 50 minuti, si verificheranno nello stesso luogo con una periodicità di 12 ore e 25 minuti ed un intervallo fra uno e l'altro di 6 ore 12 minuti e 30 secondi circa.

Oltre alla forza di gravitazione universale in questo fenomeno entra in gioco anche un'altra forza, quella centrifuga. Infatti la Terra e la Luna, legati da mutua attrazione, costituiscono un unico sistema che ruota attorno ad un baricentro collocato a circa 4800 km dal centro della Terra in direzione della Luna, con il risultato che la massa delle acque che si trova dalla parte opposta alla Luna si gonfia appunto per la forza centrifuga derivante dalla rotazione del sistema.

Maree

Maree

Quando la Luna è al suo primo o terzo quarto, invece, si trova ad angolo retto rispetto al Sole e le due forze di attrazione interferiscono negativamente. Questa condizione produce le maree di quadratura, durante le quali l'acqua alta è più bassa del normale e l'acqua bassa più alta.

La Luna passando sulla verticale di un punto della superficie terrestre, esercita una forza di attrazione sulle acque, che pertanto si sollevano al di sopra del loro livello normale (marea lunare). Anche le acque che si trovano dal lato diametralmente opposto della Terra, subiscono un innalzamento a seguito della forza centrifuga esercitata dalla rotazione del sistema Terra-Luna (marea antilunare).

Quando i due astri sono allineati , al plenilunio ed al novilunio, le due forze si sommano dando origine a maree più grandi (maree equinoziali

Esistono altri fattori che agiscono sull’ampiezza delle maree e giustificano le loro diverse oscillazioni nei vari luoghi della Terra: l’inclinazione dell’asse terrestre, l’orbita ellittica della luna, la differente conformazione dei mari.

Periodicità delle maree

Un punto dato della terra ogni 12 ore si trova in posizione frontale o opposta al sole. Si avrebbe in tal caso un massimo e un minimo di marea ogni 12 ore (marea semidiurna solare o S2). Inoltre se la distanza Terra-Ssole fosse immutata nel corso dell’anno l’ampiezza di marea sarebbe costante

Il giorno lunare è di 24 ore 58’ e 28’’ pertanto lo stesso punto può trovarsi in posizione frontale e opposta alla luna ogni 12 ore 25’ 14’’ Marea semidiurna lunare M

La marea totale deriva dal sovrapporsi con ampiezze e fasi opportune delle componenti semidiurne solari e lunari generando un andamento oscillante regolare manifestato nei nostri mari da un ritmo di 12 ore e 25’ con due alte e due basse maree al giorno la cui ampiezza varia ogni circa 14,8 giorni. La differenza tra il massimo e il minimo livello si chiama escursione di marea .

L’altezza massima di marea viene raggiunta 2 giorni dopo la luna piena o la luna nuova

Durante un mese vi sono 2 maree sigiziali massime e due maree di quadratura minime

L’altezza delle mare in mare aperto non supera il mezzo metro. Presso le coste viene amplificata dalla morfologia del fondo. In Mediterraneo non superano i 50cm

Ai movimenti verticali dell'acqua si associano vari movimenti orizzontali o laterali, denominati correnti di marea, completamente diversi dalle comuni correnti oceaniche.

In zone circoscritte, una corrente di marea scorre in una direzione per circa 6 ore e 12 minuti, dopodiché si inverte e scorre in senso opposto per lo stesso tempo; in corrispondenza dell'inversione, l'acqua resta per alcuni secondi ferma.

Sconosciuta è finora la causa per cui non tutte le coste hanno correnti di marea, mentre altre, invece, hanno correnti ma non maree. Certo è che alcune caratteristiche fisiche della costa possono accentuare il fenomeno : baie ed estuari con l’imboccatura a forma di imbuto amplificano gli effetti delle maree e delle correnti; lo stesso accade nei canali e negli stretti (canale di Sicilia, stretto di Messina, ecc.).

Correnti di marea

L'energia delle maree può essere sfruttata per la produzione di elettricità. L'onda di marea, passando attraverso una diga, aziona un sistema di turbine, quindi viene bloccata mediante chiuse. Quando la marea si abbassa, l'acqua viene rilasciata riaprendo le chiuse della diga e mette nuovamente in funzione le turbine. Tale impianto èefficiente solo se l'escursione di marea ènotevole. Un esempio è costituito dall’impianto sulla foce del fiume Rance, in Francia, che fornisce 240.000 Kw, con una escursione di marea di oltre 8 mt.

Cause meterologiche: vento e depressione atmosferiche che producono rispettivamente accumulo locale e risucchio locale di masse d’acqua.

Cessata la causa dell’accumulo la massa d’acqua tende con successive oscillazioni a tornare alla condizione pregressa. Le oscillazioni sono lente

La frequenza delle sesse dipende dalla frequenza degli eventi che le determinano mentre l’ampiezza dipende soprattutto dalla geometria del bacino.

L’adriatico è interessato da sesse in via continuativa (periodo di 22 ore) che a causa della bassa profondità possono superare l’altezza massima delle maree

Ingorgo: accumulo di acqua sospinta dal vento con aumento dell livello >acqua alta a Venezia

Sesse