Marea
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La marea è un moto periodico di ampie masse d'acqua (oceani, mari, e grandissimi laghi) che si innalzano (flusso, alta marea) e abbassano (riflusso, bassa marea) anche di 10-15 metri con frequenza giornaliera o frazione di giorno (solitamente ca. 6 ore, un quarto di giorno lunare) dovuto principalmente a due fattori:
- all'attrazione gravitazionale che esercita la luna sulla terra (alta marea al passaggio della luna)
- alla forza centripeta dovuta alla rotazione del sistema terra-luna intorno baricentro (alta marea sul lato della terra che è opposto alla luna).
L'ampiezza (detta altezza dell'onda di marea, eguale al dislivello tra bassa e alta marea), frequenza e orario delle maree sono legati a fenomeni astronomici (rotazione della coppia terra-luna, vicinanza, inclinazione e passaggio della luna in particolare e del sole secondariamente) e morfologici (superficie della massa d'acqua, forma della costa, differenza di profondità dei fondali). Le maree hanno effetto anche sul livello dei fiumi che sfociano sul mare.
Le stesse forze e gli stessi principi che regolano le maree dei corpi liquidi, agiscono pure sui corpi solidi, in particolare è stata documentata la deformazione delle crosta terrestre.
Diversi motivi fanno sì che in alcuni litorali dello stesso mare o oceano non conoscono maree di rilievo mentre su altri litorali anche prossimi le maree possono avere ampiezza di molto superiore a 10 metri. In Italia le maree maggiori si registrano sull'Alto Mar Adriatico con ampiezza che non supera di molto il metro. In Europa le maree maggiori si registrano sulle coste francese della Manica (p.es. in Bretagna presso Saint-Malo e su alcune coste britanniche, superando abbondantemente i 10 metri.
Solitamente le maree hanno una frequenza legata al passaggio della luna, e dunque di circa 12 ore. In alcune parti del mondo prevale la componente "sole" cosicché la frequenza è di circa 24 ore. Fenomeni simili alle "onde statiche" (la marea può essere considerata una onda estesa, detta onda di marea, di lunghezza eguale alla semicirconferenza terrestre e periodo di 12 ore 25 min) fanno sì che in alcune zone costiere oceaniche non vi sia alcuna marea (p.es. In alcuni mari dell'Europa settentrionale). Mentre solitamente gli orari delle maree variano di giorno in giorno (come la variazione dell'orario della luna) esistono posti (p.es. nell'Oceano Pacifico) nei quali le maree avvengono sempre negli stessi orari.
L'ampiezza effettiva del livello del mare dipende inoltre da fenomeni meteorologici per nulla legati alle maree, ma che ne esaltano gli effetti. In particolare si tratta degli effetti del vento (soffiando verso la costa innalza il livello del mare sui litorali, soffiando verso il largo abbassa il livello presso i litorali) nonché di differenziali di pressione atmosferica tra il mare aperto e la zona costiera.
Il fenomeno della risonanza della marea, molto bene documentato nella Baia di Fundy, è dovuto al fatto che l'onda di marea viene riflessa dalla costa di una baia e incontra la successiva onda di marea che arriva dall'oceano. In tal modo le due onde si sommano formando delle ampiezze di marea particolarmente forti. Il caso opposto avviene quando l'onda di marea riflessa incontra l'onda di marea sfasata (il massimo di marea incontra il minimo di marea o viceversa) rendendo minime le variazione del livello del mare.
| Luoghi con notevoli ampiezze di marea | ||
|---|---|---|
| Baia di Fundy | Canada | ca. 20 mt |
| Porto Gallegos | Patagonia | ca. 18 mt |
| Portishead | Gran Bretagna | ca. 16 mt |
| Granville | Francia | ca. 15 mt |
| Fitzroy | Australia | ca. 14 mt |
| Saint-Malo | Francia | ca. 13 mt |
Indice |
[modifica] Aspetti storici
Nella cultura occidentale e mediterranea in particolare, il fenomeno delle maree è stato descritto fin dagli antichi greci e collegato correttamente al ciclo lunare. Primi resoconti di navigatori che avevano oltrepassato lo Stretto di Gibilterra parlavano di incredibili maree che avvenivano oltre tale stretto. Incredibili in particolare in quanto nel Mar Mediterraneo le ampiezze erano nell'ordine di grandezza del metro, mentre nelle coste presso la Manica superavano l'immaginazione di allora. I resoconti di Gaio Giulio Cesare riguardanti le sue spedizioni militari con navi lungo le coste atlantiche della Gallia (l'attuale Francia) mettono in evidenza le conseguenze delle maree sulle strategie militari (coste che diventano irraggiungibili, navi lasciate a secco, scogli improvvisamente mortali, ecc.).
Una spiegazione più scientifica del fenomeno delle maree è stata possibile solo in seguito alla scoperta delle leggi sulla gravitazione nonché sui moti ondosi, avvenute solo negli ultimi secoli.
[modifica] Nella mitologia norrena
La mitologia norrena ha un mito per spiegare l'esistenza delle maree.
Si racconta che un giorno il dio Thor, insieme al fratellastro Loki, a Thjálfi e a Röskva, intraprese un viaggio verso lo Jötunheimr, finché arrivò alla corte del re Útgarða-Loki. Là il dio e il sovrano intrapresero una serie di sfide per determinare chi fosse il più forte:
Loki sfidò Logi in una competizione su chi avesse mangiato più velocemente, Thjálfi sfidò Hugi in una gara di corsa, e il dio Thor sfidò il sovrano a bere da un corno. Útgarða-Loki sostenne che uno dei loro uomini poteva agilmente bere il contenuto di quel corno con un sorso, i meno abili con due, e sicuramente tutti con tre.
Allora il figlio di Odino trasse un grande sorso e vide che il livello del corno si era abbassato di poco, ne trasse un secondo e vide che il livello si era abbassato ancora meno, allora indispettito dalle parole del gigante il suo terzo sorso fu decisamente più grande degli altri due ma non bastò ancora a vuotare il corno. Il dio allora si sentì umiliato e venne sfidato a sollevare un grosso gatto grigio. Quanto più il dio cercava di sollevarlo, tanto il gatto curvava la sua schiena. Thor si sforzò al massimo ma non ottenne altro che sollevare una delle quattro zampe del gatto.
Dopo questa sfida il dio si propose di combattere contro uno degli uomini di Útgarða-Loki, allora quest'ultimo, deridendolo gli propose di combattere contro la sua vecchia balia Elli, ammonendolo che questa aveva piegato uomini ben più forti di lui. Dopo uno scontro molto acceso il dio resistette piegando solamente un ginocchio. Allora il sovrano interruppe lo scontro asserendo che non era il caso che Thor sfidasse altra gente nella sua casa.
Il dio si sentì umiliato e non parlarono più della sua potenza e delle sconfitte ma festeggiarono con un banchetto. Il giorno seguente, essendo in disparte sia Thor che Útgarða-Loki, quest'ultimo spiegò al dio di averlo ingannato: raccontò che Logi era il fuoco e aveva ovviamente battuto Loki, Hugi era il suo pensiero e ovviamente correva più veloce di Thjálfi, il gatto non era tale ma era Miðgarðsormr, il serpente che circonda tutta la terra, pertanto il dio l'aveva sollevato così tanto che quasi era arrivato al cielo, la vecchia che Thor è riuscito a fronteggiare piegando solo un ginocchio era nientemeno che la vecchiaia, pertanto il dio aveva compiuto un'impresa prodigiosa resistendo.
Infine, per quanto concerne la sfida del corno, Útgarða-Loki spiegò al dio che la fine del corno era collegata con il mare, pertanto era stata un'impresa stupefacente che egli avesse tratto sorsate così grandi da far abbassare il livello del mare, e pertanto aveva creato le maree.
[modifica] Le forze in gioco
I principali aspetti da considerare per calcolare a tavolino l'ampiezza, la frequenza e l'orario delle maree sono:
- Aspetti astronomici
- la luna: la sua massa, il suo passaggio, la sua distanza, l'inclinazione della sua orbita sul piano equatoriale
- il sole: la sua massa, la sua distanza, l'inclinazione della sua orbita sul piano equatoriale
- l'asse di rotazione della coppia terra-luna, che non passando per l'asse di rotazione terrestre crea delle forze centrifughe
- Aspetti geografici
- superficie delle acque
- differenziale di profondità dei fondali
- forma a cuneo delle baie
- Aspetti meterologici (agiscono indipendentemente dalle maree, ma in alcune combinazioni le possono rendere catastrofiche per le attività dell'uomo)
- intensità e direzione dei venti
- differenziali di pressione atmosferica
Gli effetti della marea nei fiumi che sfociano su coste interessate da ampie maree, dipendono (oltre che dalla mare a livello costiero) anche da:
- pendenza
- profondità
- larghezza
In alcuni fiumi francesi gli effetti delle maree si riscontrano anche a più di cento chilometri dalla costa.
[modifica] Effetti secondari delle maree
[modifica] Effetti delle maree dovute agli stretti
Se da un lato, i mari interni (come il Mar Mediterraneo) non registrano forti maree, d'altro canto le maree hanno grande importanza nei pressi degli stretti (come lo Stretto di Gibilterra) in quanto creano forti correnti alternanti tra l'oceano e il mare interno, favorendo così pure un ricambio dell'acqua del mare interno. Un effetto ancor più interessante si può evidenziare nello stretto di Messina (Italia) dove le maree invece di sviluppare delle ampiezze apprezzabili (o comunque in altezza) le stesse sviluppano delle correnti (cosiddette di marea) che corrono periodicamente (circa ogni 6 ore) prima lungo un senso dello stretto ed in seguito nel senso opposto (Corrente montante e corrente Scendente, a seconda della provenienza da nord o da sud)
[modifica] Effetti delle maree sui fiumi
L'onda di marea non si arresta alla foce dei fiumi, ma li risale. L'ampiezza può crescere quando il fiume si restringe e viene attenuata in presenza di bassi fondali o fiumi stretti per via dell'attrito tra acqua e fondali e rive. Non sono rari effetti legati al fenomeno della risonanza dell'onda di marea. In presenza di forti maree, basse pendenze di ampi fiumi, l'onda di marea può manifestarsi anche a più di cento chilometri dalla foce. Gli orari delle maree fluviali sono molto sfasati rispetto all'orario della marea che le generano. Ciò dipende dalla velocità di propagazione dell'onda di marea, la quale velocità è a sua volta legata alla profondità e larghezza del fiume.
[modifica] Rallentamento della rotazione terreste
Gli attriti tra gli oceani e i litorali, causati dalle maree porta ad un continuo rallentamento della rotazione terrestre, movimento di interesse esclusivamente per l'astronomia e coloro che si occupano della definizione del tempo.
[modifica] Previsione delle maree
Le previsioni delle maree devono tener conto sia degli aspetti astronomici, che di quelli geografici nonché di quelli meteorologici. I più importanti sono i primi due aspetti, per i quali esistono diversi "tipi" di maree (nonché zone in cui il fenomeno delle maree è praticamente inesistente).
[modifica] La regola dei dodicesimi
Potendo descrivere la variazione del livello dell'acqua con una curva sinuisoidale, si può applicare la regola approssimativa detta dei dodicesimi, la quale dice (partendo da una bassa marea):
- nel primo sesto del periodo, il livello dell'acqua sale di un dodicesimo
- nel secondo sesto del periodo, il livello dell'acqua sale di due dodicesimi
- nel terzo sesto del periodo, il livello dell'acqua sale di tre dodicesimi
- nel quarto sesto del periodo, il livello dell'acqua sale di tre dodicesimi
- nel quinto sesto del periodo, il livello dell'acqua sale di due dodicesimi
- nel sesto sesto del periodo, il livello dell'acqua sale di un dodicesimo
I dodicesimi fanno riferimento alla differenza (in metri) tra i due estremi di marea.
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| Alta (sinistra) e bassa marea (destra) in Bretagna | |
Come esempio si può portare un'ipotetica marea (simile a quelle riscontrate in alcune località del Canale della Manica bretone) dove tra la bassa e l'alta marea il livello del mare monta di 12 metri nel giro di circa 6 ore:
- nella prima ora il mare sale di 1 metro
- nella seconda ora il mare sale di 2 metri
- nella terza ora il mare sale di 3 metri (5 cm al minuto, ovvero 1 centrimetro ogni 12 secondi)
- anche nella quarta ora il mare sale di 3 metri
- poi attenua la velocità, salendo nella quinta ora di "soli" 2 metri
- e nella sesta ora di un solo metro.
Se la marea montante ricopre una spiaggia, si può calcolare la velocità con la quale il mare si avvicina alla costa. Minore la pendenza della spiaggia e maggiore la velocità. Non sono rari i casi di bagnanti, escursionisti o lavoratori rimasti sorpresi dalla marea montante, rischiando di annegare anche a chilometri dalla riva. Nei pressi di Mont-Saint-Michel il mare ricopre in alcune occasioni all'anno circa 10-15 chilometri di spiaggia, il che vuol dire che nei momenti centrali del ciclo (e dunque per circa due ore di seguito) il mare avanza verso la costa ad una velocità media di 3-4 km/h e, a seconda della pendenza della spiaggia, tale velocità può essere anche sensibilmente maggiore.
[modifica] Maree con frequenza di circa 12 ore
È il tipo di marea che meglio segue le regole astronomiche semplici. È applicabile alle maree presenti nel Mar Mediterraneo, nonché sulle coste francesi, nel Canale della Manica e altri litorali europei e extraeuropei.
La maggiore differenza tra l'alta e la bassa marea viene spiegata con il passaggio della luna, che ruota attorno alla terra con un periodo leggermente superiore alle 24 ore, cosicché il periodo principale delle maree è di circa 12 ore 25 minuti. Il ché vuol dire che per circa 6 ore il livello del mare scende, per poi risalire per altrettante ore.
La seconda componente è legata alle fasi lunari: in prossimità delle lune nuova e piena le maree sono massime in rapporto ai quarti di luna. Questo ciclo ha dunque un periodo pari a metà del ciclo lunare e dunque circa 14 giorni.
Una terza componente è legata all'inclinazione del sole sul piano equatoriale. Minore è l'inclinazione e maggiore l'ampiezza della marea. Ciò significa che in prossimità degli equinozi le maree sono maggiori, mentre in prossimità dei solstizi invernale e estivo le maree sono minori.
Ulteriori componenti sono l'inclinazione della luna sul piano equatoriale, la distanza della luna e la distanza del sole, ecc.. Ciò porta in particolare ad un quarto ciclo di circa 4 anni e mezzo.
Tenendo conto solo delle prime quattro componenti si ottiene che nell'arco di 4 anni e mezzo si osservano verso marzo, aprile, settembre e ottobre, in prossimità del plenilunio e novilunio, due volte in tali giorni, delle maree di notevolissima ampiezza, vicine ai massimi teorici.
Se si esclude la quarta componente, si capisce che ogni anno, nei pleniluni e noviluni prossimi agli equinozi si possono osservare le maree maggiori dell'anno.
[modifica] Effetti delle maree sulle economie locali
La presenza di forti maree può influenzare le attività dell'uomo. Se da un lato minaccia nel lungo periodo l'esistenza di intere città (caso esemplare: Venezia), dall'altro permette attività economiche particolari, come la raccolta di molluschi sui banchi di sabbia lasciati liberi dalle acque (da qui la forte produzione, adesso industriale, di ostriche, mitili e capesante sulle coste bretoni).
Già secoli or sono, in Bretagna si sfruttava la marea per mettere in moto mulini. Tali mulini vennero in seguito dismessi, ma lo stesso principio viene oggi applicato per la produzione di energia elettrica tramite sbarramenti dove il movimento delle maree fa girare le turbine.
La forte ampiezza della maree attrae sulle coste interessate dal fenomeno forme di turismo particolare (si pensi al divertimento dei bambini di farsi sollevare su un canotto dalla marea).
[modifica] Teorie eterodosse
Benché prive di ogni fondamento scientifico e in assenza di riscontri oggettivi, hanno trovato e trovano tutt'ora un certo consenso teorie che legano il passaggio della luna a ipotetici incrementi di crescita di ortaggi, capelli, unghie e simili, facendo riferimento al presunto potere della luna sul livello delle acque.
Tali credenze popolari ignorano il fatto che le maree non sono semplicemente il risultato della forza attrattiva della luna (che incide secondariamente sull'ampiezza delle maree) e che se anche così fosse, la forza attrattiva è proporzionale sia alla massa della luna che alla massa dell'altro oggetto considerato: una cipolla ha una massa di circa 10-1kg (un decimo di kg), mentre la massa d'acqua dell'Oceano Atlantico che interessa il fenomeno delle maree sulle coste europee è nell'ordine di grandezza dei 1019kg (decine di miliardi di miliardi di kg).
Viene pure ignorato il fatto che le forze centrifughe alle quali sono esposti i capelli, le unghie e qualsiasi parte del nostro corpo in una qualsiasi curva durante un viaggio in automobile, superano di alcuni ordini di grandezza la forza attrattiva della luna.
Benché la forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre vari alle diverse latitudini del nostro pianeta, queste credenze popolari non indicano alcun beneficio nella crescita di parti del corpo quando ci si sposta da un paese lontano dall'equatore ad un paese equatoriale.
[modifica] Voci correlate
- Astronomia, Luna, Sole
- Geografia
- Isaac Newton
- Mont-Saint-Michel, importantissima località turistica francese (al confine tra Bretagna e Normandia), nota pure per il fatto che a seconda delle maree da isola si trasforma in "collina"
- Maelstrom
- Saint-Malo, importante porto francese (Bretagna) soggetto a forti maree
- Energia mareomotrice
- Teoria statica delle maree
[modifica] Collegamenti esterni
- Earth tides calculator
- Myths about Gravity and Tides PDF, esposizione didattica
- - Servizio idrografico e oceanografico della marina francese, con previsioni delle maree (dei litorali francesi)
- Direct and opposite tides, from the Center for Operational Oceanographic Products and Services (This site uses the concept of centrifugal force.)
[modifica] Bibliografia
- Lucio Russo (2003): Flussi e riflussi - Indagine sull'origine di una teoria scientifica, Feltrinelli
