Geografia fisica e cartografia- argomenti secondo parziale

IDROSFERA MOTO ONDOSO E COSTE

In Italia tra il 45 e il 50 componente montuosa. Coste basse spiaggia, sia ghiaiose sia sabbiose,

territori più presenti in Italia.

Le coste sono conseguenza dell’azione del moto ondoso. Come si origina questo?

Le onde sono provocate dall’azione del vento dal quale possono essere direttamente sostenute

(onde vive). La propagazione può avvenire anche a grandi distanze dalla zona in cui sono state

generate (onde morte). Misuro il vento.

Un onda viene definita dalla lunghezza L,

dall’altezza H e dall’ampiezza A= (H/2).

Lunghezza misurata tra due punti in fase,

cresta e ventre. Distanza perpendicolare alla

lunghezza d’onda tra cresta e ventre è l’altezza.

Si utilizzano questi parametri per descrivere tutte le onde.

Il PERIODO T di un’onda è il tempo necessario per il completamento di un’intera oscillazione:

in pratica è il tempo impiegato da una particella di acqua a riprendere la sua

posizione in seguito al passaggio di un’onda. Misurato in secondi.

La FREQUENZA f è pari al rapporto 1/T, numero di oscillazioni nell’unità di tempo.

La VELOCITÀ (di fase) dell’onda si indica con c ed è pari a L/T.

Il periodo T caratteristico delle onde oceaniche è pari a 7 secondi, la lunghezza d’onda L è

intorno ai 75 m e la velocità c è dell’ordine di 10 m/sec.

Onde di LUNGO periodo, aventi valori di T superiori a 10 secondi (con massimi di 20), hanno

L=150 m (ma con valori estremi di 700m) e c=15 m/sec ma anche valori molto più elevati.

Primi valori mostrati sono quelli tipici.

Le ALTEZZE H raramente superano i 7 m ma in certi casi possono arrivare anche a 15-20 m.

Esse variano considerevolmente nell’ambito di una successione di onde contenute in un

determinato intervallo di tempo: è pertanto necessario individuare una media fra tutte le

Ħ

altezze registrate e, come parametro considerato significativo una 1/3 quale altezza

Ħ

media del terzo più alto delle onde, devo aver registrato tutte le altezze poi prendo il terzo più alto

tra le altezze. In base all’altezza si ha un diverso tipo di costa, fauna limitata. Tsunami onde

di oltre 35 m. In base all’altezza media tipica si avrà una certa attenzione per l’utilizzo

marittimo. Si studia l’altezza di tutte le onde che caratterizzano quel tratto di mare e in genere

si calcola h segnato, con questo simbolo indicano la media di tutte le altezze calcolate.

FETCH

Il fetch è il tratto di mare su cui il vento soffia senza incontrare ostacoli e senza apprezzabili

cambiamenti di direzione. Questo vento innescherà il moto ondoso. Periodi ed ampiezze delle

onde dipendono dalla velocità e dalla durata del vento e dal Fetch. L’altezza delle onde in mare

aperto può essere ricavata da periodo, velocità, durata del vento e dal Fetch, con l’aiuto di tabelle e

di grafici. Per conoscere la previsione vi è bisogno dell’intensità del vento su quel tratto di mare, e

quanto è grande il tratto di mare caratterizzato da quel vento. Per poter proiettare e avere una

capacità previsionale sull’altezza, sul periodo delle onde devo conoscere le caratteristiche del vento

e la porzione del tratto di mare interessato.

MOTO ONDOSO

Propagazione mare aperto: finchè non si hanno interazioni

con il fondo e le particelle di acqua restano nello stesso punto,

semplicemente oscillano circolarmente comunicando il moto a

quelle vicine, nel tempo non varia la sua posizione. Non vi è

trasporto di massa ma solo propagazione di energia, ventre-

cresta- ventre. Il moto ondoso si propaga dalla superficie alla

profondità secondo oscillazioni circolari che diventano sempre

più piccole man mano che si va in profondità. La particella

urta un’altra particella che effettuerà lo stesso movimento. Il

moto traslativo si ha solo in prossimità della costa quando le

ultime orbite circolari interagiscono con il fondo, quindi non

solo trasporto di energia ma anche di massa. Si osserva il

galleggiante, il moto è rotatorio, il galleggiante sale in cresta,

cade in avanti e quindi torna indietro, facendo un percorso

circolare. Sia le particelle superficiali che quelle sottostanti

compiono tragitti circolari: scompaiono a una profondità pari a

L/2. Se la profondità è inferiore a L/2 tutto il bacino sarà

rimescolato con moto ondoso che si propaga dalla superficie al

fondo. Se superiore ho una parte di bacino che non risente del

moto ondoso.

PROFONDITÀ

se h è la profondità dell’acqua:

• Con h >L/4 si hanno onde di acqua alta;

• Con h<L/20 si hanno onde di acqua bassa;

• Con L/20 < h < L/4 si hanno onde di acqua intermedia.

Le onde di acqua alta si chiamano anche onde

di Airy sinusoidali, le particelle descrivono

orbite circolari, hanno notevole lunghezza,

scarsa ripidità (=altezza/lunghezza). Onde

che si propagano a larga distanza.

Se fondo h<L/2, le traiettorie circolari assumono orbita

ellittica e, presso il fondo, andamento rettilineo. Se si ha un

bacino si avrà l’interazione del moto ondoso con il fondo, se

questo è sabbioso varia la torbidità dell’acqua, elevata, meno

luce e quindi anche delle conseguenze ecologiche.

Tutte le onde anche quelle di acqua alta quando si

avvicinano alla costa diventano onde di acqua bassa perchè

avvicinandosi alla costa la profondità diminuisce, rallentano

la veclocità e tengono costante T, diminuiscono le lunghezze

ed aumentano le altezze. Approssimandosi alla costa

arrivando a un punto dove H< L/2 l’acqua così interagisce

con il fondo, cambia la torbidità e si ha trasferimento di

massa. Infatti dove abbiamo h<l/2 abbiamo la zona dei

frangenti, rottura dell’onda con flutto montante e risacca. Per

questo motivo da riva il mare sembra calmo al largo mentre si

osserva un sollevamento delle onde verso costa. Se le onde

assumono notevole ripidità, con H/L tra 1 e 7, diventano

instabili e si frangono: questo avviene anche in acqua alta

ma normalmente i frangenti quando le onde si approssimano

alla costa.

Nella ricaduta dai frangenti l’acqua subisce una traslazione verso la costa (FLUTTO

MONTANTE) e quindi ridiscende verso il mare per gravità (RISACCA). Ghiacciaio che nel 97

aveva visto il distacco di un grande iceberg creando una grande onda di 11 m. La fascia interessata

di questo movimento di salita e discesa prende il nome di BATTIGIA. L’energia delle onde viene

valutata con la formula E = 1/8 p g H2L dove pg è anche il peso specifico dell’acqua.

L’energia cinetica è distribuita per il 99,8 % entro una profondità pari a ½ L, ovvero è concentrata

in prossimità della superficie. Ne consegue che per smorzare il moto ondoso possono a volte essere

sufficienti sbarramenti costituiti da galleggianti ben ancorati, uno sbarramento di galleggianti

ancorati (verrebbero spostati), sufficienti a smorzare il moto ondoso e quindi limitare i danni alla

costa.

Lo sfruttamento dell’energia delle onde non è agevole a causa dell’estrema variabilità del moto

ondoso. In Giappone, paese pioniere in questo campo, con questa energia inizialmente si sono

alimentati segnali luminosi su isole o su boe. Attualmente anche in Europa sono in fase di

sperimentazione usi più consistenti. In natura l’energia onde spesa in:

• Urti contro la costa;

• Trasporto di detriti;

• Generazione di correnti litoranee che si spostano parallele alla costa.

Rispetto all’energia mareomotrice, quella dal moto ondoso presenta il vantaggio di adottare

soluzioni tecnologiche a basso impatto ambientale. Anche gli investimentiVi sono delle criticità:

• irregolartià del moto ondoso, periodi alternati di mare calmo, non funzionali alla produzione di

energia;

• Eventi estremi, mareggiate eccezionali che potrebbero danneggiare gli impianti.

SISTEMI CON IMPIANTI SOMMERSI

Si tratta di una tecnologia off-shore, in alto mare, che sfrutta il principio di Archimede: l’AWS

(Archimedes Wave Swing). Consiste in una struttura sommersa e fissata al fondale marino. La

parte superiore della struttura è un cilindro cavo che si muove in verticale, sfruttando il

cambiamento di pressione idrostatica dovuto al passaggio delle onde. L’energia meccanica che ne

deriva viene trasformata in energia elettrica grazie ad un generatore. La potenza ideale di questi

impianti, di cui esiste un realizzazione funzionante lungo le coste del Portogallo, è di circa 2 MW.

SISTEMI CON APPARATI GALLEGGIANTI

Si tratta del sistema Pelamis, formato da cilindri galleggianti che sfruttano l’ampiezza delle onde

in mare aperto. Il movimento delle onde mette in moto dei pistoni idraulici collegati ad un

generatore elettrico. I prototipi finora realizzati sono composti normalmente da 5 grossi cilindri

collegati tra loro, per una lunghezza complessiva superiore ai 100 metri. I maggiori problemi di

questa tecnologia sono dovuti all’impatto visivo, potenzialmente pericolosa per la navigazione.

Essendo galleggianti se si devono fare delle operazioni di riparazioni è molto comodo mentre lo

svantaggio vi è impatto paesaggistico e ostacolo di navigazione, danneggio acqua marina.

Manutenzione non trascurabile.

SISTEMI OWC

Si tratta di una soluzione tecnologica molto interessante, che sfrutta il principio della colonna

d’acqua oscillante: l’OWC (Oscillating Water Column). Questo tipo di impianti viene installato

lungo la costa, con indubbi vantaggi rispetto alle installazioni in mare aperto. Soprattutto per

quanto riguarda i costi di realizzazione, che sono inferiori dal momento che non risulta

necessaria la presenza di elettrodotti sottomarini o di sistemi di ancoraggio al fondale.

I sistemi OWC sono formati da strutture in acciaio o calcestruzzo, in parte immerse in mare.

Anche se normalmente vengono realizzati nei pressi della linea di costa, possono anche essere

installati su piattaforme off-shore, per sfruttare la maggiore potenza delle onde al largo delle coste.

L’energia elettrica si ottiene grazie a un processo di tipo pneumatico, abbinato al particolare

principio di funzionamento delle turbine Wells. L’onda ascendente provoca una compressione

d’aria all’interno della camera in cui è installata la turbina, mettendola in rotazione. L’onda

discendente provoca invece una decompressione, che anch’essa mette in moto la turbina. La

particolarità della turbina Wells consiste nel fatto che, pur funzionando con due flussi d’aria in

direzioni opposte (compressione e decompressione), il suo senso di rotazione non cambia.

Il funzionamento di tipo pneumatico p