OCEANOGRAFIA 3 Anno Accademico 2012-2013 Docente: Renzo Mosetti

Presentazione sul tema: "OCEANOGRAFIA 3 Anno Accademico 2012-2013 Docente: Renzo Mosetti"— Transcript della presentazione:

1 OCEANOGRAFIA 3 Anno Accademico 2012-2013 Docente: Renzo Mosetti rmosetti@ogs.trieste.it

2 Caratteristiche fisiche degli Oceani Riferimenti: Stewart: Capitolo 3.

3 2-1The Earth’s Structure Earth consists of a series of concentric layers or spheres which differ in chemistry and physical properties. Earth’s structure can be described in terms of layers with different compositions or different physical properties.

4 2-1The Earth’s Compositional Structure Crust -surf to ~ 50 km -low-density rock -silicon, aluminum & oxygen -oceanic & continental Mantle -50 to 2900 km -hot, dense rock -iron, magnesium, silicon, oxygen Core -2900 to 6371 km -iron & nickel -outer core is molten -inner core is solid Atmosphere -40 km -gaseous envelope, oxygen and nitrogen Hydrosphere -4 km -contains all ‘free’ water Biosphere -all living & non-living organic matter

5 Physical state is determined by the combined effects of pressure and temperature. Increasing temperature provides additional energy to the atoms and molecules of matter allowing them to move farther apart, eventually causing the material to melt. Increasing pressure raises the melting point of a material. Both pressure and temperature increase toward the center of the Earth, but at variable rates, causing Earth’s interior physical structure to vary accordingly 2-1The Earth’s Physical Structure

6 2-1The Earth’s Physical Structure Lithosphere -crust & outer mantle -pressure high, temp low -rocks are rigid Asthenosphere -mantle to ~ 350 km -temp high enough to melt -weak, plastic rock Mesosphere -below Astheno -pressure high, mp raises -rocks are rigid Outer core -temp high -rock is melted Inner core -pressure high, -solid iron & nickel

7 Physiography and bathymetry (submarine landscape) allow the sea floor to be subdivided into three distinct provinces: –continental margins –deep ocean basins –midoceanic ridges. 2-2 The Physiography of the Ocean Floor

8 2-2 The Physiography of the Ocean Floor

9 Continental margins: - submerged edges of the continents - consist of massive wedges of sediment eroded from the land and overlying water and deposited along the continental edge - Features include: *Continental shelf *Continental slope - submarine canyons. *Continental rise. 2-2 The Physiography of the Ocean Floor

10 Deep Ocean Province -is between the continental margins and the midocean ridge -Features include: *Abyssal plains: flat & covered w/ sediment. *Abyssal hills : buried volcanoes < 1 km tall. *Seamounts & guyots: buried volcanoes >1km tall, some w/ tops eroded. *Deep sea trenches: deepest on Earth; earthquake sites along ocean margins. 2-2 The Physiography of the Ocean Floor

11 Midoceanic Ridge Province: - continuous submarine mountain range. -covers ~1/3 of the ocean floor & extends ~ 60,000 km around Earth. -Features include: *Rift valley: opposite sides of ridge pulled apart form valley in center. *Transform fault : offset ridge segments- active. *Fracture zone : inactive TF moved out into ocean basins. 2-2 The Physiography of the Ocean Floor

12 How do continents and ocean basins differ? -Crustal composition: -Continentscoarse-grained igneous granite2.7 – 2.8 g/cm 3 -Ocean basinsfine-grained volcanic basalt2.9 g/cm 3 -Mantle rock is denser, ~3.3 g/cm 3 -Moho discontinuity- boundary of crust & mantle (deeper over continents, 35km, versus 5 km over ocean) 2-2 The Physiography of the Ocean Floor Granite -igneous rock, formed from molten rock. Basalt -volcanic origin; denser than granite.

13 Caratteristiche batimetriche degli oceani Le quote della superficie terrestre rispetto al livello medio del mare (lmm) variano dagli 8848m di altezza (Monte Everest) agli 11022m di profondità (punto Vitiaz nella Fossa delle Marianne, nel Pacifico Nord Occidentale). Nel corso delle ere geologiche la posizione della linea di costa è variata in funzione della quantità di acqua disponibile, che solitamente dipende dalle quantità di ghiaccio e neve accumulata nelle zone artica ed antartica e in parte dalla temperatura dell'acqua degli oceani (l'acqua si espande quando viene riscaldata, quindi il livello medio del mare aumenta durante i periodi caldi). Una caratteristica dell'attuale distribuzione acqua/terra, che ha importanti implicazioni sul clima, è che la superficie coperta da acqua aumenta costantemente spostandosi da 70% a 60%.

14 In percentuale, l'acqua sulla Terra occupa il 61% della superficie nell'emisfero Nord, l'81% nell'emisfero Sud ed in media ricopre circa il 71% della superficie terrestre. L'attuale distribuzione della quota della superficie terrestre e del fondo marino rispetto al lmm è rappresentata con un diagramma meglio noto come curva ipsografica. L'elevazione media della crosta terrestre è di circa - 2240m. La crosta continentale (relativa alle terre emerse) ha una elevazione media di circa 840m e la crosta oceanica (relativa alle terre sommerse) ha una elevazione media di -3795m.

15 How do continents and ocean basins differ?: - Elevation: -Bimodal distribution: 29% of Earth’s crust is above sea-level, 71% below. 2-2 The Physiography of the Ocean Floor

16 Elemento topograficoEstensioneProfonditàCaratteristiche Margini continentali: Piattaformefino a 300 km150-200 m de profundidade Scarpate20 - 100 km200 - 2000 m spesso solcate da canyons. pendenze di 1 : 40. Piede di scarpata300 km2000 - 5000 m pendenze da 1 : 700 a 1 : 1000 Fosse 600 - 11000 m ci sono 26 fosse negli oceani:  3 nell'Atlantico  1 nell'Indiano  22 nel Pacifico Bacini circa 5000 m Piane Abissali molto pianeggianti e riempite di sedimenti Montagne sommerse risalgono dalle piane abissali per migliaia di metri Dorsali oceaniche: sistema montuoso complesso 400 km 3000 - 1000 m dal fondo Central rift valley20 - 50 km taglia di 1000 - 3000 m in profondità le dorsali oceaniche

17 Le proiezioni Un importante strumento in Oceanografia fisica (come nelle altre Scienze della Terra) è l'Atlante. Tutti trovano molti spunti di interesse negli atlanti, ma pochi comprendono l'importanza di una corretta scelta della proiezione usata per generare le mappe. Una proiezione largamente usata in Oceanografia fisica è quella di Mercatore. Essa fu sviluppata nel sedicesimo secolo al tempo delle esplorazioni coloniali e dei lunghi viaggi in mare. Colombo scoprì l'America e le navi di Magellano circumnavigarono il globo. Uno dei problemi affrontati dai marinai era dato dall'incertezza della navigazione lontano dalle coste. Nel secolo XVI una imbarcazione doveva navigare tra due punti lungo una linea lossodromica (una linea che forma sempre lo stesso angolo con le linee dei meridiani), ovvero seguendo una direzione indicata dalla bussola, dal momento che non si conoscevano metodi alternativi. Mercatore sviluppò una proiezione che mostrava la superficie terrestre in modo che ogni linea in ogni direzione fosse una linea lossodromica. Dunque un marinaio, conoscendo il punto di partenza, poteva disegnare una linea retta fino alla destinazione ed individuare la rotta giusta.

18 Per questo motivo quella di Mercatore diventò la proiezione standard per la navigazione. Essa però non è esatta nella proiezione di aree e distanze e quindi non è l'ideale per la realizzazione di carte geografiche molto estese. E' una mappa conforme, nella quale, ad esempio, piccoli cerchi di uguale area giacenti sulla superficie terrestre sarebbero rappresentati sulla carta sempre come cerchi, ma, muovendosi verso i poli, la loro dimensione aumenterebbe. I poli non possono essere rappresentati in una proiezione di Mercatore, in quanto avvicinandosi ad essi la distanza tra due punti tende all'infinito. In linea di principio, la rappresentazione di una linea curva su un piano implica sempre delle distorsioni a causa di deformazioni (allungamento o allargamento) e un'incompletezza dovuta all'impossibilità di rappresentare alcune aree della superficie. Non esiste nessuna proiezione che può soddisfare tutte e tre le proprietà desiderate, che sono: Equidistanza - corretta rappresentazione delle distanze Conformità (ortomorfismo) - corretta rappresentazione delle forme Equivalenza - corretta rappresentazione delle aree

19 la proiezione di Mercatore (conforme) proiezione di Gall/Peters (equivalente) equivalente con griglia curvilinea

20 Scale dei grafici Come avrete notato la profondità media degli oceani è abbastanza elevata (di poco inferiore a 4 km). Se utilizzate un compasso con una mina anche molto appuntita per disegnare un cerchio di 15 cm di raggio per riprodurre la Terra, la linea tracciata dalla matita è abbastanza spessa per rappresentare la crosta terrestre sotto i continenti (30 km) ma troppo spessa per rappresentare la crosta oceanica (10km). Le irregolarità nella linea sarebbero abbastanza ampie (anche troppo) per rappresentare le variazioni di elevazione della terra solida. L'oceano sarebbe davvero una pellicola sottilissima, infatti, se la terra fosse una palla da pallacanestro, si noterebbe soltanto che la maggior parte della sua superficie è bagnata.

21 Non c'è modo di rappresentare gli oceani con una cartografia che conservi la stessa scala per distanze orizzontali e verticali. E allora come è possibile dare una rappresentazione grafica di tutte le proprietà degli oceani, come la temperatura, la salinità o l'intensità delle correnti, che variano in modo significativo con la profondità? Rispetto all'estensione verticale degli oceani, le distanze orizzontali sono così elevate che il solo modo di produrre delle rappresentazioni comprensibili è quello di usare scale distorte. Di solito su un dato diagramma un'unità grafica rappresenta distanze orizzontali centinaia di volte più grandi rispetto a quelle verticali. Un rapporto solitamente utilizzato in Oceanografia fisica è quello 500:1. Questo si dovrebbe tenere bene in mente quando si generano o interpretano dati oceanografici lungo dei transetti.

22 La misura della profondità dell'oceano la profondità dell'oceano é misurata in due modi : usando ecoscandaglio dalle navi, usando dati da satelliti altimetrici.

23 Sinistra: Gli Ecoscandagli misurano la profondità dell'Oceano trasmettendo impulsi sonori e osservando il tempo richiesto per ricevere l'eco dal fondo marino. Destra: Il tempo é registrato marcando un foglio di carta che é mosso lateralmente. Da Dietrich, et al. (1980)

24 Seafloor Data collection: echo sounders and sonar

25 Altimetria Satellitare Le lacune nella nostra conoscenza delle profondità oceaniche tra le rotte delle navi sono state colmate dai dati dei satelliti altimetrici. Gli altimetri descrivono la forma della superficie marina e questa forma é molto simile a quella del fondo marino. Per capire ciò, dobbiamo considerare come la gravità influenza il livello del mare. La Relazione tra il livello del mare ed il fondo oceanico Una protuberanza del fondo marino, per esempio la massa di una montagna sottomarina, aumenta la gravità locale perché la massa di roccia e più grande della massa di acqua corrispondente. Le rocce sono più di tre volte più dense dell'acqua. Questo aumenta la gravità locale, che attrae maggiore acqua attorno alla montagna. Questo cambia la forma della superficie del mare (Figura 3.12). Cerchiamo di rendere il concetto più preciso. Con buona approssimazione, il livello marino é una particolare superficie chiamata geoide. Per definizione una superficie é un livello di potenziale gravitazionale costante, ed é ovunque perpendicolare alla forza di gravità. In particolare, deve essere perpendicolare alla verticale di una linea di piombo, che é "una linea o corda avente ad un capo un peso metallico per determinare la direzione verticale".

26 Il Geoide La superficie di livello corrispondente alla superficie di un oceano a riposo é una superficie speciale, il geoide. In prima approssimazione, il geoide é un ellissoide che corrisponde alla superficie di un corpo rotante di fluido omogeneo, che significa che il fluido non ha un flusso interno. In seconda approssimazione, il geoide differisce dall'ellissoide a causa delle variazioni locali della gravità. Le deviazioni sono dette ondulazione del geoide. La massima ampiezza delle ondulazioni é di circa ±60 m. In terza approssimazione, il geoide devia dalla superficie marina perché l'oceano non é a riposo. La deviazione del livello marino dal geoide é definita come topografia. La definizione é identica a quella della topografia sulla terra, per esempio le altezze date da una mappa topografica. La topografia dell'oceano é causata dalle maree, dal calore contenuto nell'acqua e dalle correnti marine superficiali. La massima ampiezza della topografia é circa ±1 m, che é piccola comparata alle ondulazioni.

27 Le montagne sottomarine sono più dense dell'acqua marina. Aumentano la gravità locale causando alle linee perpendicolari alla superficie (vedi le frecce) di essere deflesse verso il monte. Poiché la superficie di un oceano a riposo deve essere perpendicolare alle linee di gravità, la superficie marina ed il geoide locale devono avere una leggera gobba, come si vede nella figura. Tali gobbe sono facilmente misurate dai satelliti altimetrici. Come risultato, i dati dei satelliti altimetrici possono essere usati per mappare il fondo marino. Notate che la gobba alla superficie é fortemente esagerata, un monte di duemila metri produce una gobba di circa 10 m di altezza.

28 Un satellite altimetrico misura l'altezza del satellite dalla superficie marina. Quando questa é sottratta dall'altezza r dell'orbita del satellite, la differenza é il livello marino dal centro della terra. La forma della superficie é dovuta, alle variazioni della gravità, che producono le ondulazioni del geoide, ed alle correnti oceaniche che producono la topografia oceanica, lo scostamento della superficie marina dal geoide. Le variazioni del Geoide, le ondulazioni e la topografia sono fortemente esagerate nella figura. Da Stewart (1985).

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30 Sea floor is thin (4 to 10 km), has greater density and does not rise as high above the mantle. Continents are thick (30 to 40 km), have low density and rise high above the supporting mantle rocks. 2-3 Geologic Differences between Continents and Ocean Basins Oceanic Crust Versus Continental Crust

31 Echo sounding and side-scan sonar. seismic reflection Seismic refraction altimetry 2-5Geophysical Surveying

32 Echo sounding and seismic reflection rely on sound pulses that reflect off the ocean floor and off sedimentary layers. 2-5Geophysical Surveying

33 2-5Geophysical Surveying Seismic reflection reveals sub-surface features.

34 Seismic refraction examines how sound waves are bent (refracted) as they travel through material. They reveal densities, depths, and thicknesses of rock layers. (penetrates deeper than seismic reflection) 2-5Geophysical Surveying