INTRODUZIONE.

l'oceanografia è la scienza che studia il mare nella sua complessità; quindi non si tratta di una scienza autonoma , bensì di un sistema di applicazione di varie scienze come: la geografia, la geologia, la fisica, la chimica e la biologia.

Questi appunti riguardano la parte concernente lo studio degli aspetti chimico-fisici e geografici .

1° CICLO DELL'ACQUA

- EVAPORAZIONE

- CONDENSAZIONE E PRECIPITAZIONE

- SCORRIMENTO SUPERFICIALE E SOTTERRANEO

2° TOPOGRAFIA GENERALE

- UBICAZIONE DI OCEANI E MARI

- PROFILO BATIMETRICO

3° FATTORI AMBIENTALI O CHIMICO-FISICI

- LUCE

- TEMPERATURA

- VISCOSITA' E DENSITÀ'

- SALINITÀ'

- GAS

- PRESSIONE

- VENTI

- MOVIMENTI

L'acqua è presente sulla terra sotto forma di tre stati fisici: solido, liquido e vapore.

Essa si forma, in natura, dalla reazione di due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno grazie all'energia fornita dalle scariche elettriche che avvengono nell'atmosfera.

Essa è soggetta ad un ciclo naturale che può essere così schematizzato:

s c
c

p e p
sc e p
terra mare
sc [nota n° 1]

Dove: C = condensazione ; E = evaporazione ; P = precipitazione;

S = solidificazione; SC = scorrimento

(lucido n° 1)

L'evaporazione , la condensazione e la solidificazione sono delle trasformazioni fisiche della materia e vengono chiamati passaggi di stato; più specificatamente si può definire :

- L'evaporazione è il passaggio di stato dalla fase liquida a quella di vapore grazie all'energia termica fornita dal Sole.

- La condensazione è il passaggio di stato inverso all'evaporazione, cioè, il vapore acqueo torna alla fase liquida . Esso avviene quando i vapori acquei , giunti ad una certa altezza incontrando zone fredde , sono costretti a cedere l'energia acquistata nel precedente passaggio di stato provocando la pioggia , la rugiada,...ecc .

- La solidificazione avviene quando l'ambiente sottrae ulteriore energia al liquido trasformandolo in solido. Se lo sbalzo termico è più o meno grande ed avviene in uno spazio di tempo più o meno piccolo si ha la formazione di neve o di grandine.

- Lo scorrimento può essere di superficie o sotterraneo. Il primo è causato essenzialmente dalle acque piovane, neve e grandine che scivolando sul terreno ; attraverso torrenti e fiumi, raggiunge il mare. Il secondo è provocato da quella parte di acque che anziché scorrere sul terreno vengono assorbite dalla terra ed in parte raggiungono il mare attraverso cavità sotterranee.

[ 1 ] Bilancio Idrico

45 % traspirazione della vegetazione

Evaporazione acque dolci 59 % 13 % evaporazione del suolo

1 % evaporazione acque interne

Evaporazione acqua marina 41 %
100 % = totale precipitazioni

- UBICAZIONE DEGLI OCEANI E DEI MARI

La superficie terrestre coperta dalle acque, circa 360 milioni di Kmq contro 14g milioni di Kmq di terre emerse, rappresenta il 70 % della superficie totale.

Si distinguono tre oceani: Atlantico, Pacifico e Indiano; talvolta viene indicato anche l'oceano Antartico ma questo a differenza dei primi tre che sono più o meno delimitati da realtà geografiche come le masse continentali, individua i propri confini con le isoterme ( curve risultanti dall'unione di punti aventi la stessa temperatura ) di bassa temperatura tipiche delle sue acque.

Gli oceani sono stati ulteriormente .suddivisi in mari ed in base alle loro temperature si distinguono in mari polari, sub polari, tropicali. Occorre premettere che non possono essere individuati confini ben definiti tra l'uno e l'altro salvo quelli circoscritti da terre emerse. [nota n° 2 ]

Normalmente i mari non raggiungono grandi profondità e non presentano basse temperature.

[ 2 ] - il Mar Caspio ,completamente circondato dalle terre , è chiamato anche Mare

Salato

- Mare Mediterraneo ben definito da tre Continenti ed aperto per soli 13 km in corrispondenza dello stretto di Gibilterra

- Mare dei Sargassi manca totalmente di confini geografici vieni quindi delimitato dalle isoterme

- PROFILO BATIMETRICO

La batimetria si occupa della topografia sottomarina, cioè i profili delle coste e dei fondali marini.

Si individua la' provincia neritica ' la zona di mare vicina alle terre emerse, caratterizzata da poca profondità ed alta illuminazione, mentre con la " provincia oceanica " si individua la zona caratterizzata delle grandi profondità ed illuminazione scarsa o nulla .

(lucido n° 3)

(lucido n°3)

1 2

0 m

3 9

200 m 4

5

8

3000 m

6

7

Osservando in sezione verticale un profilo batimetrico si individuano alcune caratteristiche comuni:

1 - provincia neritica

2 - provincia oceanica

3 - costa

4-platea continentale: è quella fascia di terra che dalla costa scende sino ad una profondità di 200 m e che in superficie corrisponde alla provincia neritica.

(lucido n° 4) ( lucido n°5 ) [nota n° 3 ]

5 - Scarpata continentale: è il proseguimento della platea continentale che dai 200 m precipita rapidamente sino ai 3000 m

6 - piana abissale: si raccorda con la scarpata continentale , non ha un andamento regolare ma presenta rilievi e fosse.

7- Fosse oceaniche: sono avvallamenti più o meno ampi della piana abissale e possono raggiungere grandi profondità come ad esempio la fossa delle Marianne che raggiunge gli 11000 m:

8- rilievi o creste: costituiscono il sistema montagnoso sottomarino e possono dar luogo a catene montuose che separano il fondo in fosse orientali ed occidentali. Se questi rilievi emergono danno luogo alle isole.

9 - isola

[ 3 ] la platea continentale , o piattaforma, ha una larghezza variabile; ad esempio essa è inesistente presso le coste peruviane del pacifico mentre può raggiungere la larghezza di 300 mgl in corrispondenza dei Banchi di Terranova.

Nel Mediterraneo la piattaforma più estesa si trova in Adriatico e nel canale di Sicilia. Si ritiene che ciò sia dovuto alla corrosione delle coste ed all'accumulo dei sedimenti alluvionali e marini.

(lucido n°6)

-LA LUCE

Come l'ambiente terrestre anche l'ambiente marino necessita di energia .Essa è fornita dal sole sotto forma di energia termica ed energia luminosa.

A differenza dell'ambiente terrestre che sfrutta tutta l'energia, gli organismi di quello marino ne ricevono solo una parte in quanto essa si esaurisce man mano che la profondità aumenta.

(lucido n° 7)

In base alla quantità di luce policromatica ( luce composta da tutte le radiazioni luminose visibili ) che filtra alle diverse profondità si individuano tre zone:

A - zona eufotica nella quale tutte le radiazioni riescono a penetrare ed interessa i primissimi metri di profondità. [nota n° 4 ] [nota n° 5] [nota n°6]

B- zona oligofotica nella quale riescono a penetrare solo le radiazioni corrispondenti ai colori blu e verde fino a raggiungere la zona di penombra a 1000 m di profondità.

C - zona afotica nella quale la luce è completamente assente.

La luce è la forma di energia indispensabile per la reazione di fotosintesi la quale, a sua volta, è uno dei fattori che influenzano la distribuzione degli organismi marini ( catena alimentare).

La flora si trova essenzialmente nella zona eufotica insieme al maggior numero degli organismi che costituiscono la fauna marina in quanto essi si nutrono essenzialmente di alghe e piante.

Nelle zone oligofotica e afotica si trovano rare forme di vita animale; oltre i 1000 m di profondità si trovano animali altamente specializzali per poter sopravvivere alle avverse condizioni dell'ambiente cioè ad altissime pressioni ed al buio.

La luce inoltre partecipa a regolare i bioritmi mensili e stagionali.

[ 4 ] Il 10 % delle radiazioni vanno perse per riflesso sulla superficie dell'acqua. Nei primissimi metri di profondità si perdono le radiazioni infrarosse (radiazioni termiche) e ultraviolette (radiazioni abbronzanti) quindi , gradualmente, le altre.

[ 5 ] Un fattore che influenza la penetrabilità dell'acqua da parte della lece è la trasparenza

o limpidezza; infatti a seconda della quantità delle sospensioni presenti a 25m può essere ridotta all' 1% .

Essa può essere valutata in modo empirico immergendo un disco bianco del diametro di 20 cm, chiamato del " Secchi ", calcolando fino a quale profondità risulta visibile.

Strumenti più sensibili ed attendibili sono i Luxometri , apparecchi fotoelettrici che trasformano l'energia luminosa in energia elettrica misurabile con un microamperometro.

[ 6 ] I bioritmi presentano dipendenza dalla luce come ad esempio i cicli lunari o i ritmi stagionali dando luogo al fotoperiodismo cioè la risposta degli organismi al numero di ore giornaliere di luce

- LA TEMPERATURA

La temperatura ha una importanza fondamentale per gli organismi marini i quanto, a parte i mammiferi e gli uccelli che sono omeotermi (organismi che mantengono costante la temperatura corporea), tutti gli altri ,sono eterotermi (cioè organismi la cui temperatura interna si uniforma alla temperatura dell'ambiente).

La temperatura inoltre influisce sulla attività riproduttiva e sulle dimensioni sia della flora che della fauna e sulla loro distribuzione .

Come vedremo in seguito essa influisce anche sui movimenti delle masse di acqua.

Il mare ha, al contrario della terra, un elevato calore specifico quindi assorbe una grandissima quantità di calore proveniente dalle radiazioni solari e come conseguenza diretta impiega più tempo della terra sia a scaldarsi che a raffreddarsi.

Le variazioni di temperatura interessano solo la parte superficiale del mare, al disotto dei 200 - 300 m si riscontra una temperatura costante di zero gradi centigradi con piccole oscillazioni in corrispondenza dei poli dove si possono registrare temperature di -2,5 °C .

Il mare Mediterraneo rappresenta una eccezione in quanto anche sotto i 400 m di profondità la temperatura delle sue acque non scende al di sotto dei 13 °C .

La causa di questo fenomeno è la presenza della soglia di Gibilterra che presenta una profondità massima di 320 m e che si oppone all'ingresso delle correnti profonde e fredde atlantiche e quindi non consente il raffreddamento delle masse mediterranee. [nota N° 7]

Oltre che la profondità i fattori che influenzano la temperatura dei mari sono la latitudine, i movimenti come le correnti, i moti convettivi ( delle quali rimandiamo la trattazione ) e le stagioni.

Le temperature ambientali più alte si riscontrano alle basse latitudini, quindi, sarebbe legittimo pensare che anche le temperature più alte delle acque si riscontrano all'equatore. In realtà così non è.

La spiegazione di questo fenomeno è che le correnti di acqua fredda antartica presentano un flusso verso nord non ostacolato da terre emerse mentre le acque fredde del polo nord trovano nelle terre emerse un ostacolo nella loro migrazione verso sud; la conseguenza di tutto ciò è che l'equatore termico delle acque si trova compreso tra il 5° ed il 10° grado di latitudine nord:

Da quanto già trattato si potrebbe trarre la conclusione che la temperatura è inversamente proporzionale alla profondità; ciò non è esatto, lo sarebbe solo nella condizione che le masse di acqua rimanessero immobili.

In realtà il variare della temperatura superficiale, l'evaporazione, il conseguente aumento della concentrazione salina comportano variazioni della densità degli strati di acqua con il conseguente sprofondamento delle masse più dense e calde e l'innalzamento di quelle meno dense e più fredde dando luogo a movimenti chiamanti

convettivi . Da quanto sopra risulta logico che anche le stagioni hanno influenza non solo sui piccoli mari interni ma sulle stesse masse oceaniche.

Come si è detto la temperatura non diminuisce gradatamente con la profondità ma , presenta bruschi cambiamenti, in genere tra i 130 e i 500 m, dando luogo ad uno scalino termico detto termoclino.

( lucido n 9)

Alle medie latitudini il termoclino risente enormemente delle variazioni stagionali tanto che in estate si individua tra i 15 ed i 40 m di profondità e scompare durante l'inverno.

Il termoclino rappresenta un confine invisibile ma netto per gli animali stenotermi ( che sopportano solo piccoli sbalzi di temperatura ) mentre non comporta

ostacolo per quelli euritermi che mostrano una grande distribuzione sia latitudinale che batimetrica ( di profondità )

[ 7 ] ai tropici si riscontrano temperature superficiali di 26 - 30 C° ed in acque poco profonde come nel Golfo Persico possono essere registrate temperature fino a 35 C°

- VISCOSITÀ e DENSITÀ'

La viscosità, o resistenza all'attrito, rappresenta un importante fattore ecologico sia per l'ambiente sia gli organini marini . Esso rappresenta uno dei fattori che condizionano la locomozione.

La viscosità dipende essenzialmente da due fattori dalla temperatura, e più precisamente essa è inversamente proporzionale alla temperatura per cui l'acqua fredda è più viscosa di quella calda; e dalla salinità in modo proporzionale all'aumento della concentrazione dei sali disciolti.

La viscosità dell'acqua di mare, a parità di temperatura è sempre leggermente superiore a quella delle acque dolci.

La densità ,come la viscosità, presenta una proporzionalità diretta con la salinità ed inversa con la temperatura; quindi il suo principale effetto, oltre a provocare i movimenti convettivi, è quello di rallentare l'affondamento degli organismi pelagici (organismi che vivono in mare aperto)

Ad esempio per il fitoplanton e lo zooplanton (0rganismi rispettivamente vegetali ed animali che non hanno un moto proprio ma vengono spostati dai movimenti delle acque ) è importante ridurre la velocità di affondamento come pure per gli animali dotati di moto proprio che nuotano in acque libere trovano vantaggio nella maggiore galleggiabilità che permette di consumare minore energia durante il nuoto.

(lucido n°10)

- LA SALINITÀ

L'acqua di mare è una soluzione molto complessa, la sua composizione qualitativa e quantitativa può variare a seconda di molti fattori tra cui le varie realtà locali.

Ad esempio mentre negli oceani la composizione della soluzione rimane pressoché costante, nei mari polari essa diminuisce considerevolmente a causa dello scioglimento dei ghiacciai, nei mari chiusi essa aumento notevolmente grazie all'alta evaporazione ed alla mancanza di fiumi che apportano acqua dolce. [nota n° 8]

(lucido n° 11) (lucido n° 12)

Come abbiamo visto la concentrazione salina può variare in conseguenza di diversi fattori come la latitudine, la profondità ecc. .

La composizione percentuale dei sali rimane comunque inveriata. Nella tabella sotto scritta sono riportati i valori dei primi dodici elementi mentre i dati relativi all'oro sono riportati a titolo di curiosità.

Il sale presente in maggior quantità è il cloruro di sodio (78%) quindi troviamo cloruro e solfato di magnesio, carbonato e solfato di calcio ed molti altri in piccole tracce.

La salinità si esprime in parti per mille cioè grammi di soluto disciolti in mille grammi di acqua di mare ed il valore medio riconosciuto si aggira intorno al trentacinque per mille

Altre sostanze disciolte in acqua rivestono enorme importanza biologica, ad esempio l' azoto ed il fosforo influenzano positivamente, entro certi limiti di concentrazione la "produttività" cioè la quantità di materia vegetale prodotta, se questi limiti vengono superati l'aumento abnorme di produttività causa l'atrofizzazione delle acque con i relativi inconvenienti mentre il rame ed il ferro sono indispensabili per i pesci in quanto entrano nella composizione degli organi di respirazione.

Gli organismi reagiscono diversamente alle variazioni di salinità e per questo si

distinguono in stenoalini che presentano scarsa resistenza alle variazioni e euroalini che invece sopportano grandi variazioni di salinità. [nota n° 9]

[ 8 ] La salinità viene espressa in gr / 1000 cioè grammi di sale disciolti ,in 1000 g di soluzione marina.

Nel Mar Baltico la concentrazione può scendere fino al 5 per mille mentre nel Mar Rosso può raggiungere il 40 - 45 per mille-

Nel Mar Nero la salinità superficiale non supera mai il 18 per mille per cui alla profondità di 150 - 200 m si trova la separazione di due strati aventi concentrazioni molto diverse . e quindi densità molto diverse, che impediscono lo sprofondamento delle acque superficiali e quindi il mescolamento e la conseguente insufficiente ossigenazione degli strati inferiori e quindi l'assenza di vita vegetale ed animale .

[ 9 ] Un altro fenomeno legato alla salinità e quindi alla densità , con il conseguente impedimento ai moti verticali , è l'impossibilità da parte delle sostanze nitrate e fosfate, provenienti dalla decomposizione degli organismi morti depositati sul fondo del mare , di raggiungere gli strati superficiali sostanze necessarie per il nutrimento del fitoplanton che si trova nella zona fotica e quindi la conseguente interruzione della catena alimentare ( ciclo biologico) alterando così il biosistema marino.

- I GAS disciolti

I principali gas disciolti nell'acqua di mare sono l'ossigeno e l'anidride carbonica. Essi esercitano una fondamentale azione biologica sia per la respirazione che la fotosintesi.

L'ossigeno disciolto in acqua ha due origini fondamentali. Nelle acque superficiali si riscontro un equilibro dinamico tra l'ossigeno atmosferico e quello disciolto nell'acqua.

La gran parte dell'ossigeno però proviene dalla reazione di fotosintesi della flora marina durante le ore diurne . [nota n° 10]

L'anidride carbonica viene prodotta dalla respirazione di tutti gli organismi viventi quindi sia dalla fauna che dalla flora marina.

Il rapporto tra ossigeno ed anidride carbonica e di circa uno a sei - uno a otto . Oltre la zona fotica i gas disciolti si trovano grazie ai vari movimenti delle masse acquose.

[ 10 ] La fotosintesi e la respirazione sono due processi inversi . Durante la fotosintesi l'energia luminosa (energia solare) permette a cloroplasti, contenuti nelle piante, di far reagire tra loro l'anidride carbonica e l'acqua per produrre una sostanza organica e liberare ossigeno secondo la seguente reazione chimica:

Durante la respirazione una parte delle molecole precedentemente prodotte vengono distrutte liberando anidride carbonica ed acqua consumando ossigeno.

nell'arco della giornata il bilancio tra consumo e produzione sia di ossigeno che anidride carbonica è a favore dell'ossigeno anche se la quantità dipende dal fotoperiodismo cioè dalle ore di luce e di buio a cui la pianta è esposta

- LA PRESSIONE

La pressione influisce sul biosistema marino in due modi:

a - come pressione atmosferica sulla concentrazione dei gas disciolti negli strati più superficiali

b - come pressione idrostatica più la pressione atmosferica sulla struttura stessa degli organismi marini, la pressione idrostatica aumenta di circa una atmosfera per ogni 10 m di profondità. [nota 11 ]

Gli organismi marini, sopra tutto quelli pelagici, vengono suddivisi, rispetto alla pressione, in euribati, cioè che mostrano una grande adattabilità agli sbalzi di pressione e sono distribuiti nella fascia tra la superficie del mare ed alcune decine di metri di profondità, e stenobati cioè quelli che vivono a migliaia di metri di profondità non sopportano grandi variazioni di pressione .

[ 11 ] La pressione idrostatica è quella prodotta dal peso dell'acqua. Essa si misura in atmosfere come la pressione atmosferica e più precisamente una colonna di acqua della sezione di un 1 cm² , alta 10,33 m esercita una pressione pari ad una atmosfera.

La pressione oggi viene misurata in Pascal ( 1 Pascal = atm ) .

Nella fossa delle Marianne , alla profondità di 11.000 metri, ogni organismo subisce una pressione di 1064 atm di pressione idrostatica cioè 1064 volte superiore a quella che noi subiamo sulla superficie terrastre a livello del mare

- I VENTI

Il vento è provocato da masse di aria che si spostano in senso orizzontale da una zona di alta pressione ( anticiclonica ) ad una zona di bassa pressione ( ciclonica ) .

Tale fenomeno è dovuto al fatto che nella zona ciclonica l'aria scaldandosi si dilata dimionuendo la propria densità, con il conseguente suo innalzamento ciò provoca un richiamo , al proprio posto, di masse fredde anticicloniche circostanti.

Parametri caratterizzanti del vento sono la velocità e la direzione:

- A ) La velocità è tanto maggiore quanto più vicini sono i centri ciclonici e anticiclonici e tanto più grande è la differenza di pressione tra i due centri. Essa viene espressa in Km / h , m / sec. o nodi . Esiste una scala internazionale chiamata di Beaufourt che classifica i venti in 17 valori che vanno da 0 = calma = 2 Km / h a

17 = uragano = 130 Km / h ed oltre. Lo strumento per la sua determinazione è l' anemometro.

- B ) La direzione da cui il vento spira viene individuata attraverso la rosa dei venti (bussola) su di essa influiscono la rotazione terrestre, l'irregolarità del suolo e gli attriti.

(loucido n° 14)

I venti si distinguono in costanti, periodici e variabili:

- A ) si defeniscono costanti quelli che spirano sempre nello stessa direzione come gli Alisei

- B ) si definiscono periodici quelli che spirano alternativamente nei deu sensi opposti come i monsoni e le brezze

- C ) si definiscono variabili quelli che, pur proveniendo dalla stessa direzione , spirano senza regole precise come lo scirocco, il maestrale , la tramontana, ecc.

La conseguenza diretta dell'azione diretta dei venti sul mare è la formazione delle onde.

Sulle nostre coste spirano le brezze , di terra la notte e di mare il giorno, (periodici) ed una serie di venti variabili. [nota n° 11]

(lucido n° 15 ) (lucido n°16)

(lucido n° 15)

(lucido 16)

[ 11 ] Le brezze sono sempre venti molto leggeri ; sono provocati dalla diversa velocità di riscaldamento e raffreddamento del mare e della terra. Infatti , durante il giorno la terra, sotto l'azione del sole, si riscalda più velocemente divenendo così zona ciclonica che richiama l'aria più fredda che si trova sul mare (zona anticiclonica) dando luogo alla brezza di mare : La notte avviene l'esatto contrario con la formazione della brezza di terra.

-I MOVIMENTI

I movimenti delle acque rappresentano un fattore ecologico estremamente complesso e di difficile analisi.

I movimenti si distinguono in: costanti ( correnti ), periodici ( maree ), variabili ( onde e moti convettivi )

L'importanza dell'effetto biologico di questi movimenti varia a seconda delle dimensioni degli organismi interessati, della loro capacità di spostamento e delle loro condizioni di vita ( planctonici, bentonici, ) e legata al tipo di fondo ( platea continentale, fondo oceanico ).

Le correnti sono causate dell'azione combinata dei venti e dalle differenze di pressione, temperatura e salinità

Esse si differenziano in base all'andamento orizzontale, verticale e per le diverse temperature. Tutto ciò costituisce un sistema circolatorio che nell'emisfero nord ha un senso orario mentre nell'emisfero sud diviene antiorario.

Le correnti verticali, come i movimenti convettivi, sono essenziali, come abbiamo visto, sia per l'arricchimento dei gas disciolti a grande profondità sia per la distribuzione delle sostanze azotate e fosfate ,derivanti dalla decomposizione degli organismi morti che cadono sul fondo.

Le sostanze che risalgono in superficie reppresentano il nutrimento del fitoplanton e quindi le correnti contribuiscono a chiudere quell'anello chiamato catena alimentare che rappresenta l'esistenza stessa del biosistema che stiamo studiando

Le maree sono movimenti periodici del mare causati dall'attrazione della Luna e del Sole. Esse variano dai 30 cm nel Mediterraneo ai 5 - 6 m sulle coste nord della Francia ed interessano gli organismi che vivono nella zona litoranea.

Le onde sono movimenti superficiali dovuti ai venti.Essi interessano sopra tutto gli organismi bentonici costieri ed i pelagici degli strati superficiali.

Inoltre la turbolenza da esse provocata favorisce lo scambio dei gas e quindi l'arricchimento dell'ambiente marino e la pulizia dei fondali costieri dai sedimenti alluvionali.

Le dimensioni delle onde ,ovvero la forza del mare viene misurata sulla base della scala di Douglas.

(lucido n° 17)

(lucido n° 17)