Geografia degli oceani

Geografia degli oceani

Geografia e geomorfologia

Gli oceani coprono più di 2/3 della superficie della Terra, sono la culla della vita, regolano il clima, ospitano l'80% delle specie viventi e producono metà del nostro ossigeno e cibo per un miliardo di persone. Si sa poco della morfologia dei fondali (batimetria=rilievo sottomarino,= topografia sottomarina). Solo il 15% del fondale è mappato ad alta definizione, ma manca ancora molto.

La risoluzione di una mappa è definita dalla dimensione di ogni singolo elemento che la compone. Gli oceani sono oscurati dalla presenza dell'acqua che non permette il passaggio di onde elettromagnetiche e quindi l'acquisizione della topografia sottomarina. Si conosce meglio la batimetria di Marte. Il dettaglio topografico è alla base di qualsiasi conoscenza del territorio. Gli oceani contengono risorse di diverso tipo ancora da scoprire.

La conoscenza di dettaglio della batimetria dei fondali oceanici può:

• Rendere più efficace e sostenibile l'attività di pesca. Conoscere la batimetria significa riconoscere dove ci sono i pesci, dove si riproducono e quindi dove è meglio non intaccare il sistema.
• Conoscere la distribuzione degli habitat, la distribuzione delle risorse minerarie. Ci sono diversi ambienti dove arrivano pochissimi sedimenti ma una formazione di noduli di Fe e Mg, piccole sferule di D cm che caratterizzano alcune aree poco profonde e per precipitazione si formano queste, ricche di minerali usati e importanti per diverse tipologie di industrie.
• Individuare ambienti estremi e capire i processi che li governano come black smokers altamente riducenti senza processo trofico basato però sulla chemiosintesi che grazie a questi gas può generare la vita.
• Aiutare a comprendere meglio i movimenti delle masse di acqua, si possono sviluppare dei modelli di circolazione delle masse di acqua.
• Creare modelli più efficaci per definire la dinamica delle onde di tsunami.
• Supportare la ricerca di relitti e manufatti archeologici.
• Individuare lineamenti che testimoniano instabilità o geohazard.

Sono zone ricche di infrastrutture, usato per mettere sistemi di stoccaggio. Siamo molto interessati a conoscere la batimetria, le mappe si ottengono con spedizioni a bordo di navi oceanografiche.

Principali attività costiere offshore

• Energia
• Submarine cables
• Estrazione di risorse minerarie
• Gestione della fascia costiera
• Monitoraggio ambientale
• Rischio geologico
• Attività di pesca
• Ricerca e gestione delle risorse

Gli oceani rappresentano il 70,8% della superficie terrestre, 361 milioni di km² con volume di 1370 milioni di km³. Ha una profondità media di 3,8 km o 2,4 miglia e contengono il 97% dell’acqua disponibile sul Pianeta, è una risorsa idrica fondamentale. Il Mar Mediterraneo occupa l’1% del totale degli oceani ma suscita notevole interesse, è condiviso con diversi stati europei.

Nell’emisfero settentrionale il 61% è di acqua rispetto al 39% di terre emerse, nell’australe abbiamo 81% di acqua. La massa di acqua condiziona il clima e il fatto di avere un emisfero maggiormente interessato dalla presenza di acqua, condiziona molto il clima dell’emisfero australe.

Tra 55 e 65° S si ha un anello di acqua che circonda il continente antartico e instaura la corrente circumpolare e si verificano le correnti più forti, onde più alte e venti maggiori. Si possono poi dividere gli emisferi come water hemisphere e land hemisphere.

Se posizioniamo i due emisferi in modo da avere un punto vicino alla Nuova Zelanda a 47° 13’ S e 178° 28’ E otteniamo un emisfero che ha la maggior presenza di acqua, all’antipodo ho il land hemisphere.

Oceani riconosciuti

• Oceano Pacifico
• Oceano Atlantico
• Oceano Artico
• Oceano Indiano
• Oceano Meridionale

Questi oceani sono suddivisi dall'International Hydrographic Organization, un'organizzazione intergovernativa che lavora per assicurare che tutte le acque navigabili siano rilevate e cartografate. La prima che si muove per fare in modo che venga acquisita la batimetria dei nostri oceani. Crea una rete di stati in cui ognuno si impegna a consegnare tutti i dati e prevedere dei servizi utili. Coinvolge tutti gli stati costieri per progredire con l’efficienza marittima. Ha operato una suddivisione dei mari e oceani. Mare: aree più piccole racchiuse in parte da continenti o isole. Anche i mari hanno limiti cartografati, c'è importanza politica. Mare o oceano è definito quando i suoi limiti sono definiti dalla IHO. Non tutti i mari del Mediterraneo sono stati formalmente definiti.

Oceano Atlantico

Situato tra Africa/Europa e America, copre il 21% della superficie totale della Terra, contiene la maggior parte dei mari poco profondi e ha relativamente poche isole. Tra i più importanti ci sono Mar Mediterraneo e Caraibico. La profondità media è 3300 m e il punto più profondo è a 8605 m nella fossa di Porto Rico. Riceve più acqua dolce di qualsiasi altra regione con apporto di sedimenti dal sistema terrestre. L’Oceano Atlantico drena alcuni dei più grandi fiumi della superficie terrestre come Rio delle Amazzoni, Mississippi e Congo. La superficie è 1,6 volte più grande della superficie terrestre che definisce il deflusso. In mezzo si ha la dorsale medio atlantica.

Oceano Pacifico

È la più grande regione tra tutti e cinque, ha la profondità maggiore di media 4300 m, copre il 50% della superficie oceanica e il 30% della superficie terrestre. La profondità maggiore è nella fossa delle Marianne a 10911 m. Si trovano circa 25.000 isole. Pochi fiumi portano acqua dolce, alcuni solo Columbia, Colorado e Rio Grande. La superficie è 10 volte più grande dell'area terrestre che drena. L'oceano è maggiormente caratterizzato dal vulcanesimo e contiene l’anello di fuoco.

Oceano Indiano

È racchiuso su tre lati da Africa, Asia e Australia, ha mari come il Mar Rosso, e rispetto agli altri è più piccolo, coprendo il 14% della superficie terrestre, con poche isole relativamente. La salinità varia tra 32 e 37 ppb, si trova ai tropici, regione maggiormente nella fascia tropicale, ha la temperatura superficiale più alta. La profondità media è 3900 m e il punto è la fossa di Java a 7258 m. Ci sono fiumi molto importanti come Gange e Bramaputra, sono importanti ma pochi. La superficie è del 400% più grande dell’area terrestre che drena.

Oceano Meridionale

L’estensione è definita fino al 60° S partendo dall’Antartide, copre il 4% della superficie totale della Terra. Includono il mare Amudsen, Mare di Ross. La profondità media è tra 4000 e 5000 m con aree limitate di acque poco profonde, il punto più profondo corrisponde con il South Sandwich trench a 7235 m. A causa della particolare evoluzione che contiene la copertura dei ghiacciai, le piattaforme continentali sono più profonde del resto degli oceani. Verso settembre c’è un pack di ghiaccio che si riduce dell’85% nei sei mesi successivi.

Proposta di delimitazione dell'Oceano

Proposta di delimitare l’Oceano tenendo in considerazione la massa d’acqua, si fa riferimento alla convergenza antartica: curva che circonda l’Antartide che varia dove le acque calde e fredde s’incontrano; l’estensione varia anche stagionalmente.

Oceano Artico

È un oceano polare, confinato verso terra da continenti, dove comunica con l'Atlantico è distinto dal Greenland Scotland ridge e dal Pacifico dallo stretto di Bering. Comprende diverse baie e mari, la profondità media è 1100 m e il punto più profondo è 5500 m il Molloy Hole. La piattaforma comprende diverse continentali come canadese, russa e siberiana e dal punto di vista economico sono ricchi in petrolio e idrocarburi. Sciogliendosi il ghiaccio si sono liberate delle vie di passaggio e ci sono state delle rivendicazioni. Non ha sbocchi sul mare, la maggior parte è ricoperta da ghiaccio marino, il pack si riduce del 50% nelle stagioni più calde.

Esplorazione degli oceani

L’Oceano è un’importante fonte di cibo per la pesca, è anche utile per spostare oggetti grossi, e per la navigazione. Importante svolta per il commercio e per le diverse interazioni che storicamente ha portato allo sviluppo del genere umano. Le prime imbarcazioni sono state costruite circa 40.000 anni fa. Sono state le prime tappe per la conoscenza degli oceani, ma l’esplorazione degli oceani è progredita negli ultimi due secoli come conseguenza diretta degli sviluppi scientifici e tecnologici:

• Galileo e Newton
• Robert Boyle (1627-1691): Prime indagini sulle relazioni tra temperatura, salinità, profondità e pressione.
• Luigi Marsili (1725): Histoire Physique de la Mer
• Leonard Euler (1707-1783): Prima pubblicazione sulle relazioni tra forze lunari e movimenti di marea.
• Benjamin Franklin (1706-1790): Prima mappa della corrente del golfo
• HMS Endeavour (Capitano J. Cook) 1768: segna la nascita dell'oceanografia e delle scienze marine.

Le spedizioni di Cook contribuirono notevolmente alla conoscenza scientifica degli oceani. Determinò il profilo dell'Oceano Pacifico e fu la prima persona conosciuta ad attraversare il Circolo Antartico nella sua ricerca dell'Antartide. Cook iniziò il campionamento sistematico della temperatura delle acque, misurando i venti e le correnti, effettuando scandagli (che sono misure di profondità che, all'epoca, venivano effettuate calando sul fondo del mare una lunga corda con un peso all'estremità), e raccogliendo dati sulle barriere coralline. Inoltre, dimostrando il valore del cronometro di John Harrison come mezzo per determinare la longitudine (vedi Box 1.2 «Essential of Oceanography» cap. 1), Cook rese possibili le prime mappe accurate della superficie terrestre, alcune delle quali sono ancora in uso oggi. Rotte delle tre principali esplorazioni.

Importante anche il contributo di Darwin, è il geobiologo di riferimento, ha sviluppato le sue teorie a bordo della Beagle.

Nel 1868, la spedizione di Carpenter e Thomson è stata la prima a dragare per raccogliere sedimenti sul fondale marino. Dal 1872 al 1876, la spedizione Challenger, unicamente dedicata a raccogliere informazioni scientifiche, effettuò numerose misurazioni batimetriche e scoprì che era ricco di morfologie come la terra ferma. La tecnica usata ai primordi per indagare la profondità comprendeva l’uso di funi o cavi pesanti e poi sono nati i trasduttori che emettono onde acustiche e riescono a misurare la distanza e la profondità (ecoscandaglio). Sono state poi interpolate e create le prime carte batimetriche, le isobate sono usate per indicare la variazione di quota delle superfici sommerse.

La prima rivoluzione deriva nel 1974 da Marie Tharp che produceva le cartografie e si accorse che attraversando gli oceani c’era la dorsale oceanica Mid Atlantic Ridge e l’ha associata alla tettonica delle placche alla divergenza che spinge le placche. Ha rappresentato le profondità non solo come isobate ma anche con la tecnica chiamata del rilievo ombreggiato (video). Hanno poi realizzato una mappa nel 1977. Le prime immagini globali sono state migliorate grazie ai satelliti perché misurano il campo gravitazionale e quindi la variazione della profondità del fondale.

Formazione degli oceani sul pianeta

Per formare un oceano ci vogliono acqua e un bacino che la contengano. L’acqua si è formata circa 5 miliardi di anni fa e in origine acqua non c’era ma era presente come elemento sulla prototerra con vulcanesimo e temperature altissime. La terra si raffredda (<100°C) circa 3,8 miliardi di anni fa e l’acqua si presenta sotto forma liquida. Sono arrivate le piante che hanno colonizzato il sistema emerso e si è formata piano piano la terra come la conosciamo tutt’oggi.

Struttura interna della Terra

Focus sulla parte superficiale, abbiamo la litosfera composta da crosta continentale e oceanica. La crosta oceanica si forma con nuovi bacini oceanici nelle zone di divergenza, composta da basalto, ha maggiore densità della continentale (domanda esame: perché la crosta oceanica ha maggiore densità e cosa determina in relazione alla morfologia). Perché è formata dal raffreddamento del magma che si forma dal vulcanesimo, ha uno spessore medio di 8 km e una densità di 3 g/cm³. La continentale è composta da graniti con composizione diversa dai basalti, ha una densità di 2,7 g/cm³, uno spessore medio di 35 km e può raggiungere anche 60 km. Questa differenza di densità è importante per i meccanismi che controllano la geodinamica delle placche del nostro pianeta.

Le placche non hanno un limite in corrispondenza della crosta continentale/oceanica ma le contengono entrambe, hanno un movimento relativo le une rispetto alle altre. I margini di placca possono essere divergenti (oceanica) dove viene formata nuova crosta oceanica o convergenti dove viene consumata e si scontrano (tra oceanica e continentale), e abbiamo poi margini trasformi dove le placche scivolano le une accanto alle altre. Possono esistere sia in contesto oceanico che continentale. Eccezione dell’Islanda che si trova lungo la divergenza e si trova in contesto di crosta continentale.

I margini dei continenti possono essere distanti dai margini di placca (passivi) oppure coincidere in caso di margini attivi.

Diversi tipi di margini convergenti

• Tipo 1: crosta oceanica-oceanica, una delle due subduce e si ha la formazione di una fossa e di un arco vulcanico che da origine a seamount.
• Tipo 2: crosta oceanica subdotta sotto la continentale, si forma un arco vulcanico e dietro si forma il bacino di retroarco.
• Tipo 3: scontro tra oceanica e continentale, il bacino di retroarco non è una zona di mare ma terrestre.
• Tipo 4: convergenza tra continentale-continentale che ha portato alla formazione dell’Himalaya.

Le rocce più antiche risalgono a 200 milioni di anni fa (Mesozoico), la crosta oceanica si forma nei margini divergenti e si consuma nei convergenti, mentre la crosta continentale ha una durata maggiore perché non c'è questo ciclo. La crosta oceanica è molto più giovane e ha una durata temporanea. La continentale non va mai in subduzione poiché è più leggera e meno densa.

Prima degli oceani come li conosciamo ora, nel Carbonifero c’era la Panthalassa, non c’è più traccia ora; nel Mesozoico c’era la Pangea sul quale si sono formate delle zone di divergenza che l’hanno frammentato in diverse placche. Nel Miocene si ha una configurazione simile all’attuale. L’identificazione dell’età della crosta oceanica ha aiutato a comprendere il fenomeno della divergenza delle placche, ci sono fast spreading center e slow spreading center, alcuni divergono con velocità maggiori di altre. Le rocce continentali più vecchie hanno 3 miliardi di anni fa.

Fisiologia degli oceani

Attaccato al continente c’è una zona più chiara di piattaforma continentale poi rottura di pendenza molto evidente e un’accelerata verso le parti più profonde, poi si risale verso la dorsale e così via. Abbiamo tre principali province fisiografiche:

• Margine continentale
• Il bacino oceanico vero e proprio
• Dorsali medio-oceaniche

Principali elementi fisiografici che delineano la conformazione dei fondali oceanici: margine continentale formato dalla piattaforma continentale e dalla scarpata (continental slope), alla base della scarpata continentale c’è il declivio continentale.

Al centro c’è una zona abissale e poi un’altra valle chiamata rift valley dove sono presenti delle creste, al di là della zona di divergenza ci sono le colline, scarpata e piattaforma. I margini continentali possono essere sia passivi (stessa placca), si ha rialzo continentale e assenza di fossa oceanica; che attivi quando coincidono con un margine di convergenza, si ha la formazione di piattaforma continentale, scarpata molto pendente e ocean trench.

Lungo le dorsali e spesso in pieno oceano si possono formare seamount, oltre che a formarsi in zone di divergenza, si possono avere anche come hot spot intraplacca.

Curva ipsografica

Curva che si disegna plottando nel grafico l’area in % occupata dalle diverse quote del rilievo. Il rilievo può essere positivo/negativo e avere diverse quote e possono essere più o meno estese. È un grafico bimodale, abbiamo due tipologie di croste con densità diverse, si formano delle quote molto basse e delle quote molto alte. Sta alla base del concetto di isostasia, le croste hanno densità diverse e per raggiungere un equilibrio isostatico bisogna raggiungere quella condizione, l’altezza che raggiunge la crosta dipende dalla densità e dallo spessore. La Terra è composta da due croste in equilibrio isostatico che galleggiano su un componente plastico dello litosfera.

Margine passivo

Incorporato nella placca litosferica, non ha attività tettonica e vengono prodotti dal rifting della masse continentali e dalla continua espansione dei fondali marini. I margini passivi sono la cicatrice rimanente del bordo di un continente dopo la sua rottura. Ha una piattaforma continentale ampia e ben sviluppata e una scarpata continentale che porta a un rialzo che si estende verso i bacini dell’oceano profondo.

Piattaforma continentale: superficie sommersa in leggera pendenza che si estende dalla linea di costa verso mare fino a una brusca rottura di pendenza (shelf break). È assente lungo alcuni continenti ma si estende verso il mare per più di 1500 km lungo altri. È larga circa 80 km e profonda fino a 200 m. Ha una pendenza di 0,1°. Le piattaforme continentali rappresentano solo il 7,5% dell'area totale dell'oceano, tuttavia hanno un notevole valore economico e politico: la parte del fondo marino oceanico più utilizzata dalla società per navigazione, ricreazione e pesca.