Oceano

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Introduzione

Oceano Vasta distesa d’acqua salata che occupa un bacino profondo tra due o più continenti. Gli oceani ricoprono complessivamente circa tre quarti della superficie terrestre; l’oceanografia è lo studio scientifico delle loro caratteristiche, delle interazioni con l’atmosfera e, in generale, dei processi fisici, chimici e biologici che si sviluppano in essi e ne mantengono la struttura e i movimenti.

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I bacini oceanici

I maggiori oceani della Terra, il Pacifico, l’Atlantico e l’Indiano, si raccordano attorno al continente antartico. Diversi mari semichiusi, come il Mar Glaciale Artico, il mar Baltico e il mar Mediterraneo, sono in comunicazione con gli oceani e ne modificano le proprietà generali.

La profondità media dell’oceano è di poco inferiore ai 4.000 m, tuttavia in prossimità dei continenti il fondo marino si trova a meno di 200 m di profondità e presenta una leggera pendenza. Questa zona poco profonda si estende normalmente fino a 100-200 km di distanza dalle coste continentali, e costituisce la cosiddetta piattaforma continentale. Essa ha grande importanza dal punto di vista economico, soprattutto per le attività di pesca e di estrazione di idrocarburi. Al margine della piattaforma continentale si ha una brusca rottura di pendenza: inizia qui la scarpata continentale che, con un’inclinazione media compresa fra 2° e 5°, raggiunge le pianure abissali, dalla profondità media di circa 3.600 m.

Gli assi centrali dei principali bacini oceanici si connettono attraverso il sistema delle dorsali medio-oceaniche, estese catene montuose intersecate da zone di frattura, fondamentali per comprendere l’evoluzione dei bacini oceanici e spiegate dalla teoria della tettonica a zolle. In corrispondenza delle dorsali si ha un’intensa attività sismica e vulcanica; da quest’ultima dipende anche l’emissione di fluidi idrotermali molto caldi, ricchi di sostanze chimiche in soluzione. In corrispondenza di tali sbocchi idrotermali vivono comunità biologiche molto particolari, il cui metabolismo dipende dai solfuri. Dalle dorsali oceaniche viene eruttata in continuazione roccia fusa che, andando a formare nuova crosta, provoca l’espansione dei fondi oceanici. Le zolle si spostano alla velocità di alcuni centimetri all’anno e, quando due di esse si trovano in collisione, una tende ad accavallarsi al di sopra dell’altra, mentre quest’ultima viene forzata a inabissarsi verso il mantello, dando luogo al processo di subduzione. In questi casi, come avviene in prossimità della costa occidentale sudamericana, si formano fosse oceaniche che possono raggiungere profondità superiori ai 7.000 m. La massima profondità oceanica conosciuta, l’abisso Challenger Deep nella fossa delle Marianne, a est delle Filippine, è di 11.033 m.

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L’acqua dell’oceano

Gli oceani contengono circa il 97% di tutta l’acqua presente sulla Terra (l’atmosfera lo 0,001%) e hanno pertanto un ruolo molto importante: i processi di scambio e di transizione dell’acqua in stato gassoso, liquido e solido sono infatti fondamentali per i fenomeni atmosferici e climatici, e in generale per il mantenimento della vita sulla Terra.

Pur essendo una delle sostanze più comuni, l’acqua è caratterizzata da proprietà fisiche e chimiche alquanto particolari, poco influenzate dalla presenza dei sali in soluzione. È una delle pochissime sostanze che si trovano in natura sia allo stato liquido sia nelle altre due fasi. Ha calore specifico e calore latente elevati: ciò significa che occorrono notevoli quantità di energia per innalzarne la temperatura e per provocare il passaggio dalla fase solida a quella liquida e da questa a quella gassosa. Tali caratteristiche fisiche condizionano in grande misura la distribuzione delle temperature sulla Terra, dal momento che i climi oceanici sono più moderati di quelli delle regioni continentali, ossia meno freddi d’inverno e meno caldi nella stagione estiva. Molte altre proprietà dell’acqua – ad esempio l’alto potere solvente, l’elevata costante dielettrica e la grande tensione superficiale – assicurano il rapido svolgimento delle reazioni essenziali per la vita.

L’acqua di mare è una soluzione complessa che probabilmente contiene quasi tutti gli elementi stabili; le attuali tecniche analitiche hanno permesso di ritrovarvi circa la metà degli elementi, ma di questi la maggior parte è presente in quantitativi estremamente esigui: meno di una parte per milione. I principali costituenti di un chilogrammo di acqua marina di composizione media sono: 960 g di acqua, 19,350 g di cloruri, 10,750 g di sodio, 2,700 g di solfati, 1,300 g di magnesio, oltre a quantità più piccole di calcio, potassio, bicarbonato, bromuro, stronzio, boro e fluoro. Campioni di acqua marina provenienti da quasi ogni punto del mare aperto hanno mostrato di contenere questi costituenti in proporzione quasi perfettamente costante; pertanto l’acqua marina può essere considerata come una miscela di sali di composizione uniforme, diluita con quantitativi variabili d’acqua. Data questa costanza di composizione, la salinità può essere valutata con buona precisione misurando semplicemente la conducibilità elettrica di un campione di acqua marina a temperatura nota.

Mentre le proprietà dell’acqua dolce dipendono dalla pressione e dalla temperatura, quelle dell’acqua di mare sono condizionate anche dalla salinità. La densità, ad esempio, dipende dalla temperatura, dalla pressione e dalla salinità in modo complesso: essa diminuisce all’aumentare della temperatura, ma aumenta all’aumentare della salinità e della pressione. Un’importante proprietà fisica dell’acqua di mare è l’elevata capacità di assorbimento della radiazione elettromagnetica, specialmente quella solare. Perfino nell’acqua più limpida, quasi tutta la luce solare incidente (il 99%) viene assorbita nei primi 100 m, dove può essere utilizzata, nel processo di fotosintesi, per trasformare carbonio inorganico ed elementi nutritivi in organismi biologici come quelli che costituiscono il fitoplancton (vedi Plancton). A profondità maggiori, invece, l’oceano è completamente buio e le sue proprietà dipendono solo dai processi di rimescolamento.

Le onde sonore vengono trasmesse dall’acqua dell’oceano senza attenuarsi in modo rilevante con la distanza: la detonazione in profondità di una carica esplosiva al largo di Perth, in Australia occidentale, può essere rilevata perfino al largo delle Bermuda, nell’Atlantico settentrionale. Per questo motivo sia l’uomo sia gli animali marini usano comunemente il suono per comunicare in ambiente subacqueo, nonché per effettuare determinati tipi di misurazioni. La profondità dell’oceano, ad esempio, viene misurata con un ecoscandaglio (o scandaglio acustico): la distanza del fondo viene calcolata in base al tempo impiegato da un impulso sonoro per raggiungere il fondo stesso e ritornare alla sorgente (vedi Batimetria). Il sonar funziona in base a un principio analogo, ma il fascio sonoro viene inviato con un certo angolo di incidenza, e non in verticale, al fine di individuare o di rilevare la forma di sottomarini o banchi di pesci, o la forma e le caratteristiche del fondo marino.

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La struttura dell’oceano

L’oceano può essere suddiviso in strati, o zone, in base all’andamento di parametri chimico-fisici significativi. In particolare la variazione della temperatura e della salinità in funzione della profondità permettono di identificare tre strati: quello superficiale, quello di transizione e quello profondo.

Esistono tuttavia anche altri traccianti che, pur non così invariabili come il rapporto fra temperatura e salinità, sono utili perché possono fornire preziose indicazioni temporali. L’acqua alla superficie del mare è di solito satura (o soprasatura) di gas atmosferici, tra i quali l’ossigeno. Quando essa abbandona la superficie, il contenuto di ossigeno si riduce gradualmente, dato che questo gas viene assorbito dagli organismi marini e viene consumato nel processo di decomposizione della materia organica. Il contenuto di ossigeno può pertanto fornire un’indicazione del tempo trascorso da quando una data massa d’acqua ha abbandonato la superficie. In alcune regioni, dove l’acqua non subisce rimescolamento, tutto l’ossigeno viene consumato e al suo posto rimane solfuro di idrogeno. Il Mar Nero è un classico esempio: il suo stesso nome si riferisce al fatto che i metalli in esso immersi vengono anneriti dalla presenza dello ione solfuro.

Altri traccianti, più transitori, hanno distribuzione variabile nel tempo, e spesso sono legati alle attività umane. Ad esempio, la concentrazione del trizio, l’isotopo più pesante dell’idrogeno, quasi interamente dovuta al fallout radioattivo degli esperimenti nucleari condotti nell’atmosfera dopo la seconda guerra mondiale, ha permesso di accertare la velocità della circolazione oceanica in alcune aree e anche l’entità del rimescolamento. Il trizio è radioattivo e decade con un tempo di dimezzamento di 1245 anni nell’isotopo stabile elio 3. Le misurazioni del rapporto fra trizio ed elio 3 in un dato campione d’acqua di mare permettono di ottenere una valutazione del tempo trascorso da quando quell’acqua ha abbandonato la superficie. Sia la misurazione, sia l’interpretazione non sono semplici, ma stanno comunque fornendo preziose nozioni sulla circolazione profonda dell’oceano. Anche altri traccianti artificiali, come il freon, stanno producendo risultati interessanti, e si sta studiando la possibilità di immettere in mare sostanze che si prestino in modo particolare a studiare i meccanismi di trasporto e rimescolamento.