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Idrosfera

La maggior parte dell’acqua disponibile sulla Terra è concentrata nei mari e negli oceani, che ricoprono ben il 71% della sua superficie. Questo dato spiega quanto il “mare” sia importante nel sistema terrestre; al pari dell’atmosfera esso è fonte di vita e di risorse, nonché oggetto di studi approfonditi.

I fondali oceanici

Il fondo marino presenta aspetti diversi di luogo in luogo, tuttavia è possibile definirne alcuni caratteri comuni, ai principali oceani (Pacifico, Atlantico e Indiano) quanto ai mari minori che da essi dipendono. La profondità media del mare, oggi nota grazie ad approfonditi studi oceanografici, si aggira attorno ai 3.800 m. Si è riscontrato che le aree di maggior profondità tendono a distare dalle terre emerse, attorno alle quali la pendenza decresce dolcemente. Questa debole fascia di depressione, chiamata piattaforma continentale, è estesa lungo le coste pianeggianti e più breve in corrispondenza di rilievi montuosi. Per un tratto si interlaccia con la scarpata continentale, il ripido dislivello che ad una certa distanza dalla costa conduce a profondità maggiori. Ai piedi della scarpata continentale si trova un ultimo dolce declivio, detto rialzo continentale, che segna il definitivo passaggio al “dominio delle acque”. Da lì in poi si estendono i fondi oceanici (fino a circa 6.000 m), la porzione più vasta della superficie terrestre sommersa. La parte rimanente è occupata dalle fosse (o abissi), che comprendono le depressioni più profonde del suolo sottomarino.

I fondali marini sono ricoperti da sedimenti, in prevalenza fanghi ricchi di gusci di microrganismi.
La piattaforma continentale presenta sedimenti che variano progressivamente verso il mare aperto. Nei pressi delle terre emerse (zona litorale) si accumulano i detriti più grossolani immessi nel mare dagli agenti di trasporto (es: i fiumi). I materiali più sottili tendono invece a depositarsi nell’area detta sublitorale, più distante dalla costa. Presso la scarpata e il rialzo continentali (zona batiale) abbondano alternanze di sabbie con diffusa presenza di fanghi dal caratteristico colore grigio-verde/azzurro. Nella stessa area - si è osservato - sfociano i prolungamenti subacquei di molti alvei fluviali, scavati quando il livello del mare era molto più basso di oggi. Sono diffusi anche avvallamenti e canyon più o meno profondi, formatisi, probabilmente, in seguito a prolungati processi di sedimentazione.

Sui ripiani oceanici, tra i 4.000 e i 6.000 m, si trovano i fanghi a globigerine, caratterizzati dalla presenza di piccoli gusci calcarei di organismi che frequentano i fondali più prossimi alla superficie. Oltre i 4.000 m sono ben più diffusi i fanghi silicei derivanti da microrganismi il cui guscio sopporta condizioni più rigide. Alle massime profondità oceaniche si trovano, infine, immense distese di rocce basaltiche ricoperte da sedimenti finissimi detti fanghi abissali. Tra queste sostanze compaiono diffusamente dei “noduli” polimetallici (composti in prevalenza da manganese e ferro) simili a ciottoli appiattiti, di origine incerta. Tali depositi - è stato calcolato - rappresentano un’incredibile risorsa mineraria potenziale, e sono tuttora allo studio i mezzi per sfruttarli.

In seno agli oceani non sono affatto rari edifici vulcanici, anche di discreta altitudine, talvolta sommersi, talvolta posti a formare, con la propria cima, dei rilievi in superficie. Isole come le Azzorre o le Hawaii ne sono un esempio. Sull’orlo dei crateri di vulcani estinti prosperano, a basse profondità e in genere presso i tropici, scogliere organogene note come barriere coralline. A volte queste variopinte strutture arrivano a lambire la superficie, e a formare particolari rilievi di forma circolare o a ferro di cavallo chiamati atolli.

La composizione delle acque marine

L’acqua che riempie mari e oceani è notoriamente salata. Precisamente si tratta di una soluzione di:

  • alcuni sali in notevole quantità, detti costituenti principali;

  • altri sali in quantità modesta, detti costituenti minori;
  • un gran numero di elementi in tracce a bassissima concentrazione.

La salinità dell’acqua (in media 35 g per litro) varia in funzione della temperatura, pur mantenendo le stesse proporzioni tra i suoi componenti. I mari particolarmente caldi raggiungono contenuti di sale anche molto elevati, per via della forte evaporazione a cui sono sottoposti; i bacini più freddi hanno la tendenza opposta.

Dei costituenti minori dell’acqua fanno parte moltissimi metalli, anche di una certa rarità. Si pensa che l’oceano contenga quasi tutti gli elementi oggi conosciuti, seppure in quantità relativamente scarse. Vi si trovano numerose sostanze utili alla vita animale e vegetale, e per questo abbondanza variabile. Allo stesso modo vi sono disciolte tracce di gas atmosferici, protagonisti, a loro volta, dei processi biologici che avvengono nell’ambiente marino.

Le proprietà fisiche dell’idrosfera sono strettamente legate tra loro e all’azione di riscaldamento del Sole.

Si è osservato che l’acqua marina a medio contenuto di sale congela a -2°C. Ciò si deve alla sua maggiore densità rispetto all’acqua dolce. Dunque la densità del mare dipende direttamente dalla sua salinità. Cresce e decresce con essa, così come aumenta con la profondità (cioè con la pressione). Si riduce invece all’aumentare della temperatura.

La temperatura dell’acqua di mare in superficie, pur variando con le stagioni e la latitudine, è più costante rispetto alla temperatura delle terre emerse. A ciò si deve la proprietà “mitigatrice” dei bacini idrici sulle zone costiere. In profondità la temperatura dell’acqua è invece più variabile. Negli oceani e nei mari aperti è pressoché uguale ad ogni latitudine, per via delle correnti d’acqua fredda che dai poli raggiungono l’Equatore.

Il profilo termico marino non è del tutto lineare, bensì delimitato da due fasce termicamente omogenee: lo strato superficiale, continuamente rimescolato dal vento e dal moto ondoso, e le massime profondità, di temperature già prossime allo 0. Tra queste fasce si trova un tratto detto termoclino, dove la temperatura decresce rapidamente. Il termoclino è più spesso a basse latitudini, mentre va assottigliandosi verso i poli con il calare della temperatura atmosferica. In queste ultime aree, talvolta, le rigide condizioni portano al congelamento della superficie marina, che rimane liquida in profondità.

Anche la penetrazione della luce solare nell’idrosfera marina varia, in base alla latitudine, alle stagioni ed alla trasparenza dell’acqua stessa (dovuta alla sua densità e alla presenza di microrganismi). La componente rossa della luce è in genere la prima e venir meno, mentre l’onda verde-azzurra raggiunge maggiori profondità.

Il colore del mare, infine, dipende sia dalle caratteristiche dell’acqua, sia dalla tonalità del cielo che in essa si riflette. Prescindendo da questa seconda causa, il colore dipende fortemente dalla diffusione della luce nell’acqua. Nei mari limpidi domina l’indaco, seguito dall’azzurro, mentre il verde è spesso dovuto alla ricca presenza di fitoplancton. Le tendenze giallastre si devono in genere alla presenza di sedimenti particolari; eventuali tonalità grigie o rossastre, invece, sono spesso legato a sostanze inquinanti.

I movimenti del mare

L’idrosfera marina è teatro di numerosi movimenti di modesta ampiezza rispetto alle sue dimensioni, ma comunque non trascurabili. I principali sono le onde, le maree e le correnti.

I venti sono la principale causa del moto ondoso: esercitano un’azione di pressione e attrito sulla superficie del mare producendo increspature che crescono con il protrarsi delle correnti d’aria. La propagazione di queste increspature, dette onde forzate, estende l’agitazione del mare anche in zone prive di vento, in un moto di onde libere che va attenuandosi lentamente.

In un onda si possono distinguere gli elementi che la compongono. La cresta è la parte più rilevata, il ventre (o cavo) la più depressa. L’altezza di un’onda è la distanza tra la sua cresta e il suo ventre, mentre la lunghezza è lo spazio orizzontale compreso tra due creste o due ventri successivi. Si possono poi osservare, delle onde, alcuni importanti parametri: la velocità di propagazione, ossia lo spazio coperto in un’unità di tempo (di solito km/h), il periodo, cioè l’intervallo di tempo delimitato dal passaggio di due onde per lo stesso punto, e la direzione da cui l’increspatura sembra provenire.

Date le cause del moto ondoso è facile intuire la variabilità del suo comportamento. In mare aperto, dove il fondale è distante, si generano onde di moto circolare (onde di oscillazione) che non comportano lo spostamento orizzontale dell’acqua. Presso le coste, però, il moto ondoso risente della vicinanza del suolo, e le onde finiscono per rovesciarsi in avanti spumeggiando (onde di traslazione). Queste onde sono relativamente lente ma generano un vero e proprio trasporto d’acqua che precipita sulla costa in due frangenti distinti (frangente di spiaggia e risacca). In presenza di coste ripide ha luogo il fenomeno di riflessione delle onde: le increspatura “rimbalzano” contro la terra emersa e collidono con l’onda successiva, generando un’oscillazione verticale del livello del mare. Dove le coste sono invece molto morbide si verifica la rifrazione delle onde, ossia queste assumono un marcato spostamento orizzontale parallelamente alla linea costiera.

Diversamente dal moto ondoso il fenomeno delle maree ha carattere periodico ed in linea di massima prevedibile. Si tratta di un moto di innalzamento (flusso) ed abbassamento (riflusso) del livello del mare, causato dall’azione gravitazionale della Luna e del Sole. Questo moto si ripete in media 2 volte al giorno; più precisamente si verificano 2 flussi e 2 riflussi nell’arco di 24h50m (giorno lunare). Il momento di massimo innalzamento della marea si definisce alta marea, mentre il momento opposto è chiamato bassa marea. Si dice, infine, ampiezza della marea, la differenza tra i due momenti eclatanti.

L’esatta natura delle maree è un concorso di cause: l’attrazione gravitazionale della Luna, l’attrazione (minore per la distanza) del Sole e la rotazione della Terra sul proprio asse. Questi fattori comportano un’irregolarità nella distribuzione delle maree sull’intera superficie terrestre. Esistono, infatti, alcune zone in cui si verificano giornalmente un solo flusso ed un solo riflusso (maree diurne), ed altre ancora in cui l’ampiezza di ogni marea differisce (maree miste). Presso gli stretti che collegano due bacini idrici o in prossimità della foce di alcuni fiumi, si manifestano talvolta le correnti di marea, moti orizzontali che coinvolgono sia lo strato superficiale del mare, sia lo strato più profondo. Tali fenomeni assumono a volte intensità potenzialmente pericolose per la terraferma.

Le correnti consistono in spostamenti orizzontali di masse d’acqua. La forza centrifuga derivante dal moto rotatorio terrestre ne altera la direzione. Dunque le correnti non fluiscono linearmente lungo i meridiani, ma si configurano in circuiti chiusi ben distinti, entro i singoli oceani ed entro i due emisferi del pianeta. Nell’emisfero boreale la circolazione delle correnti avviene in senso orario, mentre al di sotto dell’Equatore si manifesta nel verso opposto. Tuttavia l’azione dei venti può condizionare a sua volta le correnti di superficie, accelerandole, rallentandole, o addirittura invertendone il flusso. Una certa influenza sulle correnti marine si riconosce anche alla conformazione dei bacini entro i quali si muovono.

L’idrosfera continentale

Si parla di idrosfera continentale in riferimento ai depositi idrici disseminati sulla terraferma, in forma di laghi, fiumi, nevi, ghiacciai… Tali depositi, sebbene numerosi, costituiscono meno del 3% della risorsa idrica globale. Hanno, tuttavia, un ruolo estremamente importante nel processo chiamato ciclo idrologico (o “ciclo dell’acqua”), il più concreto legame tra l’idrosfera, l’atmosfera e la superficie terrestre.

Il ciclo idrologico si realizza mediante variazioni dello stato fisico dell’acqua ed è innescato dall’energia solare. Come già visto, il riscaldamento degli oceani da parte del Sole provoca l’evaporazione delle acque superficiali, che in forma gassosa raggiungono l’atmosfera e sono trasportate dai venti. Quando l’aria diviene satura di vapore acqueo ne si verifica la condensazione o il brinamento; si formano le nebbie e le nubi, quindi hanno luogo le precipitazioni e parte dell’acqua immessa nell’atmosfera torna agli oceani o raggiunge i continenti.

Dell’acqua che, in forma liquida (pioggia) o solida (neve e grandine), precipita sulle terre emerse, una parte penetra nel sottosuolo per infiltrazione e può alimentare le falde idriche. Si tratta esattamente di depositi idrici più o meno estesi che si formano in corrispondenza di rocce sufficientemente permeabili ad ospitarli. L’acqua che si accumula nelle falde dà luogo, in tempi più o meno lunghi, a un deflusso profondo che la riporta in superficie, presso le sorgenti, gli alvei fluviali o i bassi fondali oceanici. Un’altra parte dell’acqua che, con le precipitazioni, raggiunge la terraferma, si concentra in deflussi superficiali che attraverso i fiumi ritornano al mare. Lungo il percorso parte dell’acqua rievapora per effetto del Sole o è assorbita dalle piante, nel processo chiamato evapotraspirazione.

Quando le precipitazioni, specialmente di natura solida, avvengono al di sopra del limite delle nevi persistenti, ghiaccio e neve si conservano. Tale limite - variabile in funzione della latitudine, della quantità di precipitazioni e dell’esposizione a Sole e venti - indica la quota oltre la quale le nevi della stagione fredda non si sciolgono del tutto durante il resto dell’anno. In questi luoghi è frequente la trasformazione della neve in ghiaccio, un processo più lungo di quanto si creda. La neve, coperta da altra neve, fondendosi e ricristallizzandosi, tende ad aumentare di densità: da neve fresca muta in nevaio e quindi in ghiaccio. (Lungo i pendii più ripidi, tuttavia, il processo di addensamento delle nevi non può avvenire, neppure ad alta quota. In tali circostanze l’indebolimento del manto nevoso può dar luogo a cedimenti e quindi a valanghe.)

Una massa di ghiaccio che occupa una superficie d’inclinazione variabile e si muovo sotto il suo stesso peso (per via della gravità) si dice ghiacciaio. Tipiche di questa formazione sono due parti distinte: il bacino di alimentazione, cioè l’area più estesa dove la neve si accumula, e il bacino di ablazione, la porzione di maggior pendenza dove la neve si fonde. In questa seconda parte si genera spesso un torrente glaciale delle acque derivanti dalla fusione. La quantità di materiale così perso dai ghiacciai si dice ablazione, e in rapporto all’alimentazione ne determina l’espansione o la contrazione. I ghiacciai sono dunque masse in costante movimento, e per questo si originano al loro interno spaccature note come crepacci.

Lo scioglimento dei ghiacciai porta a volte alla formazione o al sostentamento di laghi e fiumi. I fiumi sono corsi d’acqua perenni, alimentati da sorgenti, dai torrenti glaciali o dalle sole precipitazioni. Si distinguono dai torrenti, che invece si prosciugano durante le stagioni più calde dell’anno. I corsi d’acqua si classificano per lunghezza, pendenza, velocità, portata (m3/s), regime (variazione della portata in un anno) e deflusso (quantità d’acqua portata al mare in un anno).

I laghi sono, invece, masse d’acqua (in genere dolce) che si raccolgono nelle depressioni naturali del terreno. Si classificano in base alla genealogia degli affossamenti ove sono contenuti.

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