L’espansione dei fondali oceanici

 L’esame delle dorsali oceaniche portò alla scoperta che le rocce più vicine alla cresta della dorsale erano di formazione più recente di quelle più lontane, inoltre la struttura geomagnetica di un versante della dorsale è speculare e di orientamento contrario a quello del versante opposto . Altra scoperta fu che non vi sono sedimenti marini sulle creste, ma essi aumentano man mano che ci si allontana dall’asse della dorsale e, per finire, lungo l’asse si è osservato un notevole flusso di calore. Tutto ciò, oltre a confermare ulteriormente la teoria della tettonica a zolle, prova l’espansione continua dei fondali oceanici : quando 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 quasi 2 cm l'anno, mentre nella dorsale del Pacifico può superare i 6 cm annui. Questi movimenti così lenti, 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. L’esplorazione del fondo oceanico ha anche rivelato che la cresta della dorsale oceanica presenta anche profonde zone di frattura trasversali. Queste fratture corrispondono alle cosiddette 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 città di San Francisco e continua per centinaia di chilometri sul territorio californiano.

California – La faglia di San Andrea

   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 Nazca contro 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.

 Il fenomeno della subduzione si rileva lungo quasi tutte le fasce costiere del Pacifico. La maggior parte di queste fasce presenta un sistema di faglie principali disposte parallelamente ai sistemi montuosi. A intervalli di tempo variabili, queste faglie si mettono in movimento lento o repentino, producendo episodi sismici con spostamento delle faglie anche di 5 m. 

Un fenomeno interessante che avviene per la subduzione, è che la crosta oceanica viene continuamente trascinata nel mantello, dove va incontro alla fusione e risale formando nuovo fondo oceanico e, dato questo continuo riciclo, nessuna porzione dell'attuale crosta oceanica supera l'età di 200 milioni di anni.

CURIOSITA’

La recentissima ripresa dell'attività vulcanica intorno all'isola di Panarea, nella primavera 2003, rende di grande attualità gli argomenti sopra trattati. La Sicilia, con i suoi vulcani (Etna, Vulcano, Stromboli e numerosi altri sommersi, molti dei quali attivi), è una zona soggetta a tali fenomeni : ricordiamo quanto accaduto nel banco Graham, a circa 30 miglia a sud di Sciacca  nel 1831, allorché emerse un'isola del tutto nuova che venne chiamata Ferdinandea in onore di re Ferdinando II, re delle Due Sicilie, e che essendo posta al crocevia di rotte e traffici mercantili di non scarsa importanza finì quasi per mettere a rischio i nostri rapporti internazionali con il Regno Unito. L'isola poi risprofondò in breve tempo e ora sta pian piano riemergendo (nel 2003 era a soli 8 mt. sotto la superficie), ma non si tratta dell'unico episodio del genere dal momento che si può ricordare tanto 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. Questi episodi sono comuni nei mari, considerato che al di sotto degli oceani scorrono ben 70.000 km. di dorsali oceaniche che determinano circa l'80% del magmatismo che si verifica annualmente sul pianeta.

 

PARTE II    :  IDROLOGIA 

 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. L’acqua si trova in natura sia allo stato solido (ghiacci), sia liquido, sia gassoso (nubi, vapore).

Salinità 

La salinità media dell'acqua degli oceani è pari al 35 per mille (35 g di sali per 1 kg di acqua).            La maggiore o minore salinità dipende dalle precipitazioni e dall'evaporazione.
Tra i mari più salati c'è il Mar Rosso, che supera i 40 ‰, ma anche il nostro Mediterraneo presenta una notevole salinità (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 ‰ !  Una certa variazione di salinità la si può notare anche tra gli strati superiori e quelli inferiori dell'acqua. Per calcolare la salinità di un bacino si fa evaporare una certa quantità di acqua e si rapporta con il sale che rimane.
Tra l'acqua di mare e l'atmosfera vi è anche uno scambio di ioni, sono proprio quelle particelle, legate alla continua evaporazione, a determinare quella particolare "aria di mare" che si avverte in prossimità delle coste.

Movimento dell’acqua marina

L’acqua degli oceani 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 più significativi sono :

-          il moto ondoso;

-          le maree;

-          le correnti.

                Moto ondoso

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.

Nell'interazione tra vento e onde, quanto più cresce la barriera di onde sollevata dal vento, tanto più diventa possente la forza esercitata dal vento sulla superficie marina come se - dovendosi opporre ad un muro più alto di acqua - il vento stesso dovesse acquistare più vigore. I tre parametri essenziali per la misurazione delle onde sono altezza, lunghezza e periodo. Le onde proseguono, anche per tutta la lunghezza dell’oceano, finché non trovano una costa su cui infrangersi e scaricare l’energia accumulata.

In un’onda l’acqua effettua un movimento circolare uguale all’altezza dell’onda, coinvolgendo nel suo movimento anche l’acqua sottostante, fino ad una profondità pari alla metà della lunghezza d’onda. Ad esempio se un’onda ha una lunghezza di 60 metri, al di sotto dei (60/2) 30 mt. l’acqua è immobile.

Quando le onde arrivano in acque basse, la lunghezza d’onda e la velocità diminuiscono col diminuire della profondità e infine quando la parte inferiore dell’onda fa attrito col fondo rallenta, mentre la parte superiore, più veloce, si infrange, ricadendo su se stessa. Giunta a terra, l’acqua sale su per la spiaggia o urta contro la roccia; in entrambi i casi, viene respinta indietro e torna in mare. Tale fenomeno è chiamato risacca ed è caratterizzato spesso da acqua tumultuosa e spumeggiante. La risacca può costituire un vero problema per i nuotatori e/o subacquei, perché, oltre a rendere l’acqua torbida, può trascinarli sott’acqua o al largo velocemente. Se le onde si infrangono in un punto lontano dalla costa, ciò può essere dovuto ad una secca, uno scoglio sommerso, un relitto. Particolare attenzione va prestata alla condizione del mare in caso di immersione nelle loro vicinanze. La lunghezza delle onde generate dal vento può essere minore o maggiore della profondità dell'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.

  Marea

 La marea è quel fenomeno di innalzamento delle acque dell'oceano, sia in mare aperto, sia nelle insenature, prodotto dall'attrazione gravitazionale della Luna . Anche il Sole esercita attrazione, anche se in misura molto inferiore a causa dell’enorme distanza dalla Terra. Quando i due astri sono allineati , al plenilunio ed al novilunio, le due forze si sommano dando origine a maree più grandi (maree equinoziali). 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 diretta).  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 opposta). 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. Perpendicolarmente all’asse marea diretta-opposta si verifica il fenomeno di abbassamento del livello normale del mare. Le acque basse (riflusso) e alte (flusso) si alternano generalmente con intervalli di circa 12 ore e la differenza tra il massimo e il minimo livello si chiama escursione di marea . Le escursioni di marea oceaniche sono nettamente più alte rispetto a quelle dei mari interni. La più grande in assoluto si riscontra nella baia di Fundy, in Canada, dove l’escursione supera i 18 mt.!

 Correnti di marea

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

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 è efficiente solo se l'escursione di marea è notevole. 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.