I D R O S F E R A
lavoro a più mani realizzato con le prof.sse Milena Rizzo e Mariarosa Cellati
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mappa oceani e mari
caratteristiche chimico-fisiche salinità gas disciolti temperatura densità pressione luce e colore i movimenti del mare correnti marine superficiali maree moto ondoso modellamento del paesaggio
Il nostro pianeta è ricoperto per i 3/4 della sua superficie da acque salate intercomunicanti. I tre bacini principali sono:
  • l'Oceano Pacifico,
  • l'Oceano Atlantico,
  • e l'Oceano Indiano.
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La salinità esprime la concentrazione dei sali nell'acqua del mare, e cioè quanti grammi di sale sono contenuti in 1000 ml d'acqua marina. Mediamente è del 35‰, ma questo valore è molto variabile, e in superficie dipende:
  • dall'evaporazione, perché è un processo che coinvolge solo l'acqua e non i sali disciolti;
  • dal congelamento, per lo stesso motivo;
  • dall'apporto di acque dolci, principalmente dei fiumi.
I sali disciolti provengono dai minerali asportati alle rocce e al terreno, che sono costituiti principalmente da carbonati e silicati, tuttavia il sale più abbondante è il cloruro di sodio $\sf (NaCl) $, a causa della sua elevata solubilità.

La presenza di sali disciolti determina delle differenze nelle caratteristiche dell'acqua marina rispetto all'acqua pura; in particolare, per ciò che ci interessa, cambiano:
  • il punto di congelamento, che passa da 0 a -2°C;
  • e la densità, che passa da 1 a 1,026 g/ml.
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immagini subacquee
Nell'acqua sono disciolti gas scambiati principalmente con l'atmosfera:
  • ossigeno $ \sf(O_2)$, che deriva sia dall'atmosfera sia dall'attività fotosintetica degli organismi acquatici;
  • anidride carbonica $ \sf(CO_2)$, che deriva sia dall'atmosfera sia dalla respirazione degli organismi acquatici; questo gas, a contatto con l'acqua, si trasforma in acido carbonico, e viene utilizzato per la costruzione degli esoscheletri calcarei di alcuni organismi, e, inoltre, consente di mantenere l'acidità dell'acqua entro valori di pH compresi fra 7,8 e 8,3;
  • azoto $ \sf(N_2)$, che è un gas inerte tranne che per pochi microrganismi azotofissatori (appartenenti al gruppo delle alghe azzurre), che sono in grado di trasformarlo in ammoniaca $ \sf(NH_3)$;
  • idrogeno solforato $ \sf(H_2 S)$, che deriva sia da emissioni idrotermali sia dalla decomposizione dei solfobatteri.
La solubilità dei gas
  • aumenta al diminuire della temperatura; infatti, in superficie, le acque più fredde sono le più ricche di gas;
  • aumenta all'aumentare della pressione; nonostante ciò le acque profonde sono povere di gas, proprio perché essi provengono dagli scambi con l'atmosfera.
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spiaggia tropicale
Il riscaldamento dell'acqua dipende soprattutto dall'irraggiamento solare e in minima parte dal calore interno della Terra. Questo provoca due conseguenze importanti:
  1. la temperatura superficiale dei mari dipende dalla latitudine e dalle stagioni, anche se poi le correnti marine favoriscono il rimescolamento delle acque fra zone a temperature differenti;
  2. la temperatura diminuisce con la profondità, anche perché l'acqua più fredda è più densa, e si porta negli strati più profondi;
Il grafico seguente rappresenta l'andamento della temperatura all'aumentare della profondità quando la temperatura superficiale è di 22 °C:

La temperatura diminuisce
  • lentamente nello strato superficiale, entro i primi 200 metri, quando è rilevante il riscaldamento diretto;
  • rapidamente entro i 1000 metri, dove raggiunge i 5 °C; questo strato si chiama termoclino e rappresenta un ostacolo al rimescolamento delle acque;
  • lentamente nello strato profondo, fino a raggiungere gli 0 °C.
È evidente che questo profilo cambia per mari già freddi in superficie: in particolare viene a mancare il termoclino.

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La densità è il rapporto fra massa e volume di un corpo. Mediamente la densità dell'acqua di mare è di 1,026 g/ml (l'acqua pura, a 4 °C ha una densità di 1 g/ml), ma questo valore è variabile, perché dipende dalla temperatura e dalla concentrazione dei sali disciolti.
L'andamento della densità all'aumentare della profondità è speculare rispetto a quello della temperatura, infatti all'aumentare della profondità aumenta la densità.
In corrispondenza del termoclino, si trova il picnoclino, lo strato in cui la densità cresce rapidamente.
  • Le acque più calde sono meno dense delle acque più fredde, e quindi si stratificano in superficie;
  • il ghiaccio è molto meno denso dell'acqua liquida, e quindi si trova solo in superficie;
  • le acque più salate sono più dense delle acque meno salate, e quindi si stratificano in profondità.
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  • La pressione è il rapporto fra una forza e la superficie sulla quale questa forza è esercitata.
  • La pressione dell'acqua è data dal peso di una colonna d'acqua sull'unità di superficie: essa aumenta costantemente, di 1 atmosfera ogni 10 metri di profondità.
Gli abissi marini sono ambienti nei quali le condizioni di vita sono estreme, e richiedono adattamenti particolari. L'uomo ha esplorato gli abissi grazie ai batiscafi, sommergibili con pareti d'acciaio o titanio spesse 5-6 cm, raggiungendo i 10900 metri della Fossa delle Marianne nel 1960.

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In base alla capacità di penetrazione della luce nelle acque marine si distinguono:
  • una zona eufotica (bene illuminata), entro i primi 200 metri, dove è possibile la fotosintesi clorofilliana, e quindi il mare è ricco di nutrienti;
  • una zona disfotica (scarsamente illuminata), fra i 200 e i 1000 metri, dove è possibile vedere, ma non è consentita la fotosintesi;
  • una zona afotica, oltre i 1000 metri, dove regna l'oscurità, fatta eccezione per i fenomeni di bioluminescenza.
Oltre la zona eufotica l'ossigeno e i nutrienti sono trasportati dalle correnti discensionali, perché in questi ecosistemi mancano i produttori.

Le varie radiazioni dello spettro luminoso non sono assorbite allo stesso modo:
  • la radiazione rosso-arancio è assorbita per prima perché ha lunghezza d'onda maggiore ed è quindi meno penetrante;
  • La radiazione azzurra è più penetrante perché ha lunghezza d'onda minore e riesce ad andare più in profondità, per questa ragione il colore dominante nei mari è l'azzurro.

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Le correnti sono movimenti di enormi masse d'acqua che si spostano nel mare come grandi fiumi che hanno temperatura, densità e salinità diverse dall'acqua circostante.
  • La portata delle correnti oceaniche è elevatissima: la Corrente del Golfo ha una portata maggiore di quella di tutti i fiumi della Terra messi insieme.
  • Le correnti superficiali sono influenzate dai venti costanti che spirano a certe latitudini (venti orientali polari, venti occidentali delle medie latitudini, alisei).
  • Le correnti profonde sono invece determinate dalla differenza di densità e temperatura che provocano i moti ascendenti e discendenti.
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Le maree sono periodiche variazioni del livello del mare provocate:
  • dall'attrazione della Luna e del Sole nei confronti della Terra, ma in modo maggiore della Luna, perché è il corpo celeste a noi più vicino,
  • dalla forza centrifuga dovuta alla rotazione del sistema Terra-Luna intorno al proprio centro di massa.
  • I massimi di marea (maree sizigiali) si hanno quando la Luna e il Sole sono in congiunzione o in opposizione rispetto alla Terra, perché gli effetti dell'attrazione soli-lunare si rinforzano,
  • viceversa, i minimi dell'alta marea si hanno quando la Luna e il Sole sono in quadratura rispetto alla Terra, perché il Sole in parte annulla l'effetto attrattivo della Luna.
  • Nel corso di un giorno lunare (intervallo di tempo tra due passaggi successivi della Luna sul meridiano locale) si alternano due basse maree e due alte maree.
  • La marea giunge con un certo ritardo sulla costa rispetto al passaggio della Luna sul meridiano locale e questo tempo si chiama ora di porto.
  • Negli oceani, l'enorme massa d'acqua che si solleva per effetto delle maree può anche risalire il corso dei fiumi per diversi chilometri (Mascarè).
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Le onde sono increspature della superficie del mare dovute principalmente al vento.
L'attrito fra il vento e la superficie dell'acqua provoca dei moti circolari nelle particelle, che si trasmettono:
  • in profondità, attenuandosi progressivamente sino ad esaurirsi entro 150 metri;
  • lateralmente, propagandosi per grandi distanze. Per questo motivo può accadere che ci siano increspature del mare anche in assenza di vento (onde morte).
Poiché le particelle d'acqua, dopo aver compiuto un movimento circolare, ritornano al loro punto di partenza, è ovvio che le onde permettono la propagazione dell'energia ma non della materia.

Le onde oceaniche possono raggiungere anche i 18 metri di altezza, ma quelle più alte, fino a 30 metri, sono quelle provocate da terremoti con epicentro sottomarino e si dicono tsunami.

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Il mare attraverso le onde, le correnti marine e le maree esercita un'azione geodinamica sulle coste alterandone la morfologia.
  • La prima fase è quella di alterazione, in cui le onde disgregano e asportano materiale roccioso sia per azione chimica dell'acqua (corrosione) sia per abrasione meccanica operata dai sedimenti trasportati (corrasione);
  • La seconda fase è quella del trasporto del materiale eroso;
  • L'ultima fase è quella del deposito di tali detriti: i frammenti più grossolani si depositano vicino alla costa, quelli più fini sedimentano sui fondali al largo.
  • La prima fotografia di quest'ultimo paragrafo rappresenta una falesia, un tipo di costa alta e rocciosa. È evidente, alla base della falesia, l'azione erosiva esercitata dalle onde del mare. Col tempo la disgregazione della base provocherà il crollo della parete;
  • la seconda fotografia, invece, rappresenta una laguna, un tipo di costa bassa e sabbiosa. I materiali trasportati dal mare tendono a sedimentare lungo dei cordoni davanti alla costa e, se vengono a chiudersi le comunicazioni col mare aperto, possono formarsi dei laghi costieri, destinati poi a colmarsi con l'apporto della sedimentazione fluviale.
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piccolo glossario
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  • fotosintesi = è il processo grazie al quale il carbonio inorganico contenuto nella $ \sf CO_2 $ è trasformato dagli organismi autotrofi in carbonio organico nel glucosio $ \sf (C_6 H_{12} O_6) $, in presenza di luce; la reazione complessiva della fotosintesi è
    $ \sf 6 CO_2 + 6 H_2 O \charge{\lambda} {\to} C_6 H_{12} O_6 + 6 O_2 $
  • $ \boldsymbol{\lambda} $ = si legge "lambda" e simboleggia la lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica (e, per estensione, la radiazione stessa); l'immagine seguente rappresenta tutto lo spettro elettromagnetico.

    spettro della radiazione elettromagnetica

  • pH = si legge "piacca", ed è l'indice di acidità di una sostanza; i suoi valori variano fra 0 e 14; da 0 a 7 la sostanza è acida, da 7 a 14 la sostanza è basica, 7 indica la neutralità.
  • portata = è la quantità d'acqua che attraversa una sezione nell'unità di tempo e si misura in $\sf m^3$/s;
  • respirazione = è il processo grazie al quale le cellule degli organismi traggono l'energia per la vita. La molecola principale per questo scopo è il glucosio e la reazione complessiva è
    $ \sf C_6 H_{12} O_6 + 6 O_2 \to 6 CO_2 + 6 H_2 O $
    l'energia ottenuta è racchiusa nelle molecole di ATP (adenosintrifosfato), e quindi è di tipo chimico.
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