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GLI OCEANI Prof. Gianmaria Zito Dott. Marco Di Bari Bari 19 – 21 maggio 2009.

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1 GLI OCEANI Prof. Gianmaria Zito Dott. Marco Di Bari Bari 19 – 21 maggio 2009

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3 L'oceanografia è la scienza che studia i processi biologici, geologici, chimici e fisici che hanno luogo nei mari e negli oceani della Terra. Il suo campo di indagine è così vasto che il suo studio è suddiviso in diverse branche tematiche. Geologia e geofisica marina: entrambe si occupano della tettonica a zolle (generazione di nuova crosta e consunzione di quella vecchia) e di tutti gli studi che riguardano le coste e i fondali oceanici (protezione costiera, risorse minerarie marine, topografia del fondo del mare … ) Oceanografia chimica: studia la chimica dell'oceano, con particolare attenzione ai cicli degli elementi chimici e dei loro composti (ossigeno, azoto, anidride carbonica, fosforo, ecc.); Oceanografia biologica: studia la flora e la fauna degli oceani; Oceanografia meteorologica: studia gli interscambi di massa (vapor dacqua, anidride carbonica,…) ed energia (assorbimento della radiazione solare e radiazione termica atmosferica, evaporazione, scambi di calore sensibile, ….) fra atmosfera e oceano Oceanografia fisica: studia le proprietà fisiche e dinamiche degli oceani (correnti, maree, moto ondoso …..)

4 Il 71% della superficie terrestre è coperta dai mari. Il volume totale dellacqua dei mari è pari a 1,3 miliardi di km 3 e rappresenta il 97% di tutta lacqua presente sulla Terra Il 71% della superficie terrestre è coperta dai mari. Il volume totale dellacqua dei mari è pari a 1,3 miliardi di km 3 e rappresenta il 97% di tutta lacqua presente sulla Terra La terraferma si affaccia sulloceano con circa km di coste

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7 La luce e i colori del mare

8 L'ambiente marino viene tradizionalmente suddiviso in dominio bentonico e dominio pelagico. Per dominio bentonico si intende l'ambiente dove vivono tutti gli organismi Il dominio bentonico è a suddiviso in due sistemi, Fitale ed Afitale.Fitale A loro volta questi sistemi sono composti da piani, cinque per il sistema Fitale (Adlitorale, Sopralitorale, Mesolitorale, Infralitorale, Circalitorale) e tre per il sistema Afitale (Batiale, Abissale, Adiale). Il dominio pelagico costituisce una parte del dominio bentonico che comprende le acque libere, che si estendono dalla superficie fino agli abissi delle fosse oceaniche e nelle quali vivono tutti gli organismi che conducono una vita non vincolata in maniera esclusiva al fondale.

9 Il mare è una soluzione: lacqua costituisce il solvente e i sali disciolti il soluto. In un litro di acqua vi sono in media 35 gr (35 ) di sali e metalli La salinità oscilla fra il 9 (Mar Baltico) e il 43 (Mar Rosso). Il Mediterraneo è molto salato (38) a causa dellalta evaporazione. In un km 3 di acqua di mare si ritrovano i seguenti elementi (in ton) Cloro Sodio Magnesio Zolfo Calcio Potassio Bromo Carbonio Stronzio 9300 Boro 5600 Silicio 3400 Fluoro 1490 Argo 780 Azoto 590 Litio 195 Rubidio 139 Fosforo 81 Iodio 68 Bario 34 Indio 20 Zinco 12 Ferro 12 Alluminio 12 Molibdeno 12 Selenio 4,6 Stagno 3,4 Rame 3,4 Arsenico 3,4 Uranio 3,4 Nichel 2,2 Vanadio 2,2 Manganese 2,2 Titanio 1,4 Antimonio 0.5 Cobalto 0,5 Cesio 0,5 Cerio 0,5 Ittrio 0,2 Argento 0,2 Lantanio 0,2 Cripto 0,2 Neo 0,1 Cadmio 0,1 Wolframio 0,1 Xeno 0,1 Germanio 0,07 Cromo 0,05 Torio 0,05 Scandio 0,05 Piombo 0,02 Mercurio 0,02 Bismuto 0,02 Niobio 0,01 Tallio 0,07 Elio 0,007 Oro 0,005. Qualunque sia la salinità il rapporto fra gli elementi principali (CLORO, SODIO, MAGNESIO, CALCIO, POTASSIO ecc.) è costante ( la soluzione è unica )

10 Lunicità della soluzione è dovuta ai movimenti incessanti dei mari che rimescolano le acque di tutti gli oceani del mondo Le correnti: di distinguono in superficiali o di deriva (dovute al trascinamento del vento); profonde o termo- aline (dovute a variazioni di densità allinterno della massa d'acqua per variazioni di temperatura e/o di salinità) Le onde: anche queste distinte in superficiali (generate dal vento) e interne (che si propagano lungo superfici che separano acque di diversa densità); tsunami generate dai terremoti sul fondo del mare; Le maree: oscillazioni periodiche del livello del mare prodotte dall'attrazione della Luna e del Sole sulle particelle di acqua

11 Lacqua sulla Terra è presente contemporaneamente sotto forma di vapore, di liquido e di solido. Il passaggio da uno stato allaltro richiede calore (calore latente). Queste caratteristiche termiche insieme al calore specifico sono alla base di tutti i processi meteo-climatici osservati.

12 La branca della fisica che si occupa di studiare i movimenti del mare è la FLUIDODINAMICA costituita da un complesso di equazioni che sovrintendono ai moti dei fluidi e di quelli geofisici (atmosfera ed oceani) in particolare 1.Equazione di continuità (o della conservazione della massa) 2.Equazione della conservazione dellenergia 3.Equazione di Eulero (se il fluido è perfetto) 4.Equazione di Navier-Stokes (se il fluido è viscoso) 5.Equazioni dei moti turbolenti La difficoltà di trovare soluzioni valide per tutti i casi è tale per cui vengono usati metodi numerici che richiedono calcolatori di grande potenza e forniscono inevitabilmente soluzioni solo approssimate

13 È opportuno distinguere fra le cause che determinano i movimenti del mare e quelle che determinano invece la traiettoria di questi movimenti (parola di delfino) Lacqua è messa in movimento dalle seguenti forze: 1.dal trascinamento del vento sulla superficie del mare 2.dalle differenze di densità allinterno della massa dacqua 3.dalla componente orizzontale dellattrazione luni-solare sulle particelle di acqua La traiettoria del moto dipende dalla rotazione terrestre che si esprime mediante una forza fittizia (forza di Coriolis) che agisce sempre perpendicolarmente al moto e fa la traiettoria Verso destra nellemisfero nord e sinistra in quello sud

14 trasporto totale vento Corrente marina vento corr. geostr spirale di EKMAN trasporto totale CORRENTI orizzontali

15 Le correnti oceaniche superficiali direzione a 45° rispetto al vento

16 L-D H-C L -D H-C L=bassa pressione atmosfera H=alta pressione atmosferica C= convergenza correnti oceaniche (downwelling) D=divergenza correnti oceaniche (upwelling) 60° 30° 0 ° 60 °

17 equatore tropico

18 risalita delle acque- upwelling Le zone di upwelling lungo le coste hanno unalta produttività biologica per la risalita dal fondo di acque ricche di nutrienti. Le zone di downwelling lungo le coste producono la ossigenazione delle acque e il trasferimento in profondità dellanidride carbonica responsabile del riscaldamento della Terra. trasporto

19 Correnti di marea Componente orizzontale della forza di marea sposta le particelle di acqua alternativamente da una parte e dallaltra forza di marea Componente radiale della forza di marea (insignificante)

20 Le correnti marine sia quelle intermedie che quelle abissali sono dovute alle differenze di densità allinterno stesso degli oceani. Queste differenze si generano per variazioni della temperatura e/o della salinità, o per entrambe. Le cause sono sempre meteorologiche. Le correnti che si generano vengono dette termoaline. Se la causa principale è la temperatura la corrente è detta termica, se è la salinità è detta alina PER ESEMPIO Levaporazione sottrae solvente alla soluzione marina e inoltre la raffredda: lacqua diventa più densa affondando. La formazione della banchisa ai Poli avviene per il congelamento dellacqua dolce. Al di sotto della banchisa la soluzione risulta più concentrata e quindi più densa. Anche in questo caso affonda. I fiumi riversano in mare acqua dolce che si mescola lentamente con quella salata generando correnti verticali. In tutti i casi per ripristinare lequilibrio si generano correnti a livelli intermedi e profondi che chiudono il circuito

21 Le correnti superficiali sono prevalentemente dovute al trascinamento del vento, quelle interne invece dalle differenze di densità (salinità e temperatura) che si creano nellacqua del mare. Anche i lenti movimenti verticali di upwelling e di downwelling sono generati o da differenze di temperatura e salinità e interessano quindi tutto il mare, fino al fondo, o dal vento e interessano solo lo strato superficiale o strato di Ekman. Nel caso dellupwelling per cui acqua profonda risale verso la superficie si parla di pumping, distinto in pumping termoalino e pumping di Ekman: nel primo è coinvolto tutto loceano nel secondo solo la sua parte superficiale quella in cui la forza di trascinamento del vento crea zone latitudinali di convergenza o di divergenza

22 La velocità delle correnti è piuttosto bassa, ma la portata a volte è enorme perché nel movimento vengono spostate masse dacqua dalla superficie fino a m di profondità. In OCEANOGRAFIA si usa il termine di corrente per un flusso dacqua che si muove con una velocità superiore a 21.6 km/h, che rappresenta la velocità che consente allacqua di percorrere 12 miglia marine in 24 ore. La portata si misura in SVERDUP (in onore delloceanografo norvegese che le studiò per primo): 1Sv indica lo spostamento di 1 milione di m 3 /s.

23 Nel considerare i moti verticali di downwelling e di upwelling termoalino grande importanza assume la stratificazione termica del mare Nel considerare i moti verticali di downwelling e di upwelling termoalino grande importanza assume la stratificazione termica del mare mixing layer omotermo Alle medie latitudini Il termoclino, lo strato con forte variazione della temperatura con la profondità, separa due strati a caratteristiche fisiche e dinamiche completamente differenti: quello superficiale dove la corrente è più veloce e lacqua è soggetto a rimescolamento continuo (di spessore coincidente grosso modo con lo strato di Ekman), da quello profondo più freddo (al fondo lacqua raggiunge temperature prossime allo zero) dove la corrente è più lenta. Poiché lacqua non si accumula le portate in superficie e sul fondo si uguagliano. I due strati sono comunicano fra di loro tramite lupwelling e il downwelling

24 Il trasporto dellacqua coinvolge tutti gli oceani. Vi sono due zone a nord e due zone a sud dove il calore dellacqua viene rilasciato nellatmosfera e lacqua affonda e due punti dove lacqua risale dalle profondità In altre zone lupwelling riguarda solo lo strato superficiale di Ekman

25 Correnti nel Mar Mediterraneo

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27 Le onde, come le correnti, sono anchesse generate dal vento che spira sul mare. Prima si generano delle increspature per effetto dello stiramento della superficie del mare e del successivo richiamo per effetto della tensione superficiale. Poi le increspature crescono e alla tensione superficiale subentra la forza di gravità. A questo punto le onde come noi le conosciamo sono formate Le onde, come le correnti, sono anchesse generate dal vento che spira sul mare. Prima si generano delle increspature per effetto dello stiramento della superficie del mare e del successivo richiamo per effetto della tensione superficiale. Poi le increspature crescono e alla tensione superficiale subentra la forza di gravità. A questo punto le onde come noi le conosciamo sono formate Larea dove avviene la generazione delle onde si chiama fetch

28 Fondo molto inclinato: plunging Fondo inclinato: spilling Fondo piatto: surging Le onde muoiono sulle coste dove scaricano la loro energia o si estinguono dolcemente: dipende dalla conformazione del fondo e dalla sua profondità Le onde muoiono sulle coste dove scaricano la loro energia o si estinguono dolcemente: dipende dalla conformazione del fondo e dalla sua profondità

29 Propagazione delLe onde Nonostante lapparenza del movimento, lacqua rimane sempre nello stesso posto, così come se si imprimesse un moto donda ad una corda in tensione: londa si propaga da un capo allaltro ma non si sposta neanche una molecola allinterno della corda stessa.

30 Le particelle si muovono intorno alla loro posizione di equilibrio con moto circolare se il mare è profondo, ellittico se il mare è basso. La velocità delle onde nel mare dipende solo dalla loro lunghezza in un mare profondo e dalla loro lunghezza e dalla profondità in un mare basso

31 Unonda può raggiungere una altezza di m. Quando una onda di questa altezza si frange sulla costa arriva ad esercitare una pressione di 33 tonnellate per m 2. Le linee di costa quindi cambiano continuamente: p. es. le coste atlantiche inglesi cambiano ad un ritmo di m allanno

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