1. Introduzione ai Moti Marini
Le masse d'acqua degli oceani e dei mari non sono mai statiche: sono interessate da un complesso sistema di movimenti continui guidati da differenti forze fisiche, astronomiche ed eoliche. Lo studio dei movimenti del mare è fondamentale non solo per comprendere la dinamica terrestre, ma anche per la navigazione, il clima e l'ecologia marina.
I movimenti del mare si suddividono principalmente in tre categorie: le onde (oscillazioni di superficie), le correnti marine (spostamenti di grandi masse d'acqua) e le maree (variazioni periodiche del livello del mare).
2. Le Onde Marine
Le onde sono movimenti oscillatori della superficie del mare provocati principalmente dall'attrito del vento che soffia sull'acqua. A dispetto delle apparenze, l'acqua non compie uno spostamento orizzontale in avanti, ma le particelle liquide descrivono orbite quasi circolari, muovendosi avanti e in alto per poi tornare indietro e in basso. Ciò che si propaga è l'energia, non la massa d'acqua.
- Elementi geometrici dell'onda: Si distinguono la cresta (il punto più alto), il cavo (il punto più basso), l'altezza (la distanza verticale tra cresta e cavo) e la lunghezza d'onda (la distanza orizzontale tra due creste successive).
- Onde forzate e onde libere (Maroso): Le onde generate direttamente dal vento in una zona di tempesta si dicono forzate; quando fuoriescono dall'area d'origine si trasformano in onde libere o rollii (mareggiate).
- Frangimento: Quando un'onda si avvicina alla costa e il fondale diventa basso, l'attrito rallenta la base dell'onda mentre la cresta continua a muoversi velocemente, provocando il ribaltamento dell'onda (frangimento sulla spiaggia).
L'energia cinetica e potenziale immagazzinata in un'onda regolare dipende dall'altezza dell'onda \(H\) e dalla sua lunghezza d'onda \(\lambda\). Per le onde in acque profonde, la velocità di fase \(c\) si calcola approssimativamente come: $$c = \sqrt{\frac{g \cdot \lambda}{2\pi}}$$ dove \(g\) rappresenta l'accelerazione di gravità terrestre.
3. Le Correnti Marine
Le correnti marine sono veri e propri fiumi all'interno dell'oceano, caratterizzati da temperature, densità e salinità differenti rispetto alle acque circostanti. Si dividono in:
- Correnti superficiali di transito: Guidate principalmente dai venti costanti (come gli Alisei e i venti occidentali) e deviate dalla Forza di Coriolis dovuta alla rotazione terrestre (verso destra nell'emisfero boreale e verso sinistra in quello australe). Esempi celebri sono la Corrente del Golfo e la Corrente di Humboldt.
- Correnti profonde o termoaline: Guidate da gradienti di densità causati da variazioni termiche e saline (sprofondamento delle acque fredde e saline ai Poli).
4. Le Maree
Le maree consistono in un periodico e regolare innalzamento (alta marea o flusso) e abbassamento (bassa marea o riflusso) del livello del mare, che si verifica ciclicamente ogni circa \(6\) ore e \(12\) minuti.
- Origine astronomica: Sono causate dalla forza di attrazione gravitazionale combinata esercitata dalla Luna e dal Sole sulle masse d'acqua della Terra, oltre che dalla forza centrifuga generata dal sistema Terra-Luna.
- Sicizie e Quadrature: Quando la Terra, la Luna e il Sole sono allineati (durante i periodi di luna nuova e luna piena), le forze si sommano generando maree massime dette di sicizia. Quando invece Sole e Luna formano un angolo retto rispetto alla Terra, si verificano maree minime dette di quadratura.
📝 Esercizio Svolto: Calcolo della Velocità di un'Onda
Calcolare la velocità di propagazione \(c\) (in metri al secondo) di un'onda oceanica profonda che possiede una lunghezza d'onda \(\lambda = 100 \text{ m}\). Assumere \(g \approx 9{,}81 \text{ m/s}^2\) e \(\pi \approx 3{,}1416\).
Svolgimento analitico:
- Impostazione della formula di propagazione in acque profonde: $$c = \sqrt{\frac{g \cdot \lambda}{2\pi}}$$
- Sostituzione dei valori numerici: $$c = \sqrt{\frac{9{,}81 \times 100}{2 \times 3{,}1416}} = \sqrt{\frac{981}{6{,}2832}} = \sqrt{156{,}13} \approx 12{,}5 \text{ m/s}$$
🎯 Conclusione: La velocità di propagazione dell'energia dell'onda è pari a circa \(12{,}5 \text{ m/s}\) (equivalenti a circa \(45 \text{ km/h}\)).