La circolazione oceanica

Parole chiave di questa unità: Distribuzione dell'acqua, energia immagazzinata negli oceani, circolazione oceanica, circolazione termoalina, Corrente del Golfo, Corrente Nord Atlantica

 

Fig 1: L'oceano polare, in equilibrio tra acqua liquida e ghiaccio, ha un ruolo importante per la circolazione oceanica globale. Foto: John Boyer

L'acqua sul nostro pianeta

Gli oceani ricoprono il 71% della superficie terrestre. In alcuni punti la loro profondità supera l’altezza delle montagne più elevate e comunque hanno aree estese in cui la profondità va da 2000 a 4000 m. Contengono quindi una quantità enorme di acqua: circa il 96.5% di tutta l'acqua della Terra. Sfortunatamente, a causa della sua salinità, questa acqua non può essere utilizzata né come acqua potabile né per irrigare le coltivazioni. Pertanto, l'espansione degli oceani causata dai cambiamenti climatici provocherebbe solo una perdita di spazio utile per vivere.

Fig 2: Il grafico a destra mostra la struttura del fondale marino fortemente sopraelevato nell’ oceano Polare Artico. Sul fondo marino si vedono montagne e valli come quelle che vediamo sulla terra. Cliccare per allargare l'immagine.

Fonte: www.cyberspaceorbit.com/northpolefloor.jpg

Distribuzione dell'acqua

Nel grafico a sinistra si vede che la maggior parte dell'acqua dolce (1.74% dell'acqua totale del pianeta, azzurro) è immagazzinata nei ghiacciai, principalmente in Antartide e in Groenlandia. Pertanto non è facilmente utilizzabile. Circa la stessa quantità (1.7%) è disponibile come acqua di falda, di cui solo poco meno della metà (0.76% di tutta l'acqua, verde chiaro) non è salata. Solo una piccola frazione delle risorse idriche del pianeta si trova nei laghi (turchese) e una frazione ancora più piccola, cioè quella rappresentata dal quadratino giallo difficile da vedere in fondo a destra, è quella contenuta nei fiumi e nell'atmosfera.   

le aree diverse mostrano la distribuzione relativa dell'acqua tra gli oceani (blu) e le altre risorse idriche. Nell'angolo in fondo a destra sono rappresentate - in grigio chiaro, turchese e giallo chiaro - quelle piccole frazioni che non fanno parte dei ghiacciai e dell’acqua di falda. Questa visualizzazione è basata sui dati relativi alla distribuzione dell’acqua disponibili nel sito USGS Website. Grafico: Elmar Uherek

Fig 4 (destra): Collage sulla distribuzione delle risorse idriche. Foto principale: Simeon Eichmann (sxc)

Gli oceani immagazzinano energia

Quando si guarda la Terra dallo spazio, gli oceani appaiono blu scuro, in quanto assorbono la maggiore parte della luce solare e ne riflettono solo il 4% circa con cielo sereno, e il 7% se il cielo è nuvoloso.
 

In questo modo gli oceani assorbono grandi quantità di energia solare e la immagazzinano. Sappiamo bene che, mentre la piastra del fornello si riscalda immediatamente, ci vuole molto tempo prima che l'acqua inizi a bollire. È il tempo impiegato dall’acqua per assorbire l'energia. Se togliamo il pentolino dal fornello e spegniamo la piastra questa si raffredderà subito. L'acqua invece rimarrà calda a lungo: infatti impiega del tempo anche per rilasciare l'energia.
  

Possiamo  sperimentare questo fenomeno anche facendo il bagno al mare. Il 21 Marzo e il 22 Settembre la radiazione solare è circa la stessa. Ma in Marzo il mare mantiene ancora il freddo dell'inverno, mentre in Settembre è molto meglio per fare il bagno in quanto il mare è ancora caldo dall'estate.

Fig 6: Il mare del Nord due settimane prima dell’inizio della primavera e due settimane dopo che è iniziato l'autunno. La posizione astronomica del sole è la stessa. Ma le temperature dell'acqua sono chiaramente diverse. Fonte: Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie
Cliccare sulla figura per vedere una panoramica di tutti i mesi.

Il calore sulla superficie dell'acqua degli oceani è trasportato dal vento verso le coste portandoci così i giorni caldi tipici di fine estate e inizio autunno. (La brezza marina è spiegata in questa pagina ESPERE).

Nel caso di baie con acqua bassa l'energia di una sola giornata calda è sufficiente per riscaldare l'acqua che si raffredderà nuovamente durante la notte. Invece l'acqua superficiale degli oceani può reagire solo a cambiamenti di temperatura stagionali: si scalda in estate e si raffredda in inverno. Per le acque profonde degli oceani, con centinaia o persino migliaia di metri di profondità, la situazione è ancora diversa. Le profondità marine non risentono affatto delle stagioni. Solo se la temperatura media dell'aria sopra l'oceano aumenta per decenni o secoli, il calore sarà lentamente trasportato nel mare profondo.
  

Questo è un processo che potrebbe essere innescato dal cambiamento del clima. Anche se l’uomo nei prossimi anni sarà in grado di ridurre le concentrazioni atmosferiche di gas serra, il mare profondo immagazzinerà il riscaldamento globale e lo restituirà alle prossime generazioni.

Fig. 8: Un modello di calcolo mostra come la temperatura dell'oceano reagirebbe ad un aumento estremo della quantità di anidride carbonica fino a tre volte rispetto ai valori preindustriali (3 x 280 = 840 ppm). L'effetto comincerebbe ad interessare le profondità marine solo dopo secoli.
Fonte: IPCC 2001

Differenze di temperatura e correnti oceaniche

Gli oceani sono in continuo e lento movimento. Trasportano il calore trasmesso dal sole principalmente dalle latitudini equatoriali verso i poli. Una delle correnti di superficie è la Corrente del Golfo. Le correnti superficiali calde e fredde determinano il clima nelle regioni in prossimità delle coste (clima marittimo). Ma gli oceani non si muovono solo in superficie.
 

Fig 9: La mappa mostra le più importanti correnti superficiali negli oceani. Fonte: Windows to the Universe / UCAR

Anche le acque profonde si scambiano, seppure lentamente. L'acqua fredda e densa superficiale affonda nelle regioni polari e negli strati profondi si muove verso l'equatore. Possiamo simulare questo movimento con un piccolo esperimento. Ma lo scambio di acqua in profondità è estremamente lento. Un ciclo oceanico completo dura circa 1000 anni.

Salinità

L'acqua degli oceani è salata. Questo ha importanti conseguenze per le correnti oceaniche. L'acqua salata è più pesante dell'acqua dolce. E a causa della salinità cambia l'anomalia di densità dell'acqua. L'acqua salata a 1°C è più densa dell'acqua salata a 4 °C.
 

Invece, l'acqua dolce ha la sua massima densità a 4°C. Vicino al Polo Nord e Polo Sud è così freddo che l'acqua dell'oceano inizia a congelare. Ma il ghiaccio è formato solo da acqua dolce in quanto il sale viene escluso dal processo di congelamento. Di conseguenza l'acqua superficiale che si trova sotto il ghiaccio galleggiante è più salata e densa rispetto a quanto potrebbe esserlo uno strato di acqua profonda alla stessa temperatura. Possiamo concludere che l'acqua superficiale non affonda non solo a causa della sua temperatura più bassa, ma anche a causa della sua salinità. In base alle parole greche per calore (thermos) e sale (halos) questo nastro trasportatore oceanico è chiamato "circolazione termoalina".