L'atmosfera e l'oceano sono fluidi soggetti a moti turbolenti e seguono entrambi le stesse leggi fisiche. La Flinders University of South Australia ne tiene conto presentando le lezioni di Meteorologia e Oceanografia in un'unica unità nella Sezione Scienze Marine 1.
Queste dispense affrontano gran parte del programma del corso di Oceanografia fisica contenuto nella Sezione Scienze Marine 1.
Molti testi affrontano i temi dell'Oceanografia fisica a livello descrittivo. Molti di questi includono una descrizione di tutti gli aspetti delle scienze marine (es. biologia marina, geologia e chimica). La maggior parte costituiscono testi di riferimento per l'Oceanografia fisica.
I libri di testo che trattano esclusivamente l'Oceanografia fisica sono di solito molto piú dettagliati di quanto sia necessario per un corso introduttivo alla materia, ma gli studenti particolarmente interessati ai suoi argomenti nell'ambito delle Scienze della terra sono incoraggiati a consultarli come bibliografia aggiuntiva. Qui è riportata la lista dei testi disponibili presso la biblioteca dell'Università di Flinders.
Il numero di classificazione per l'Oceanografia fisica secondo il Sistema Dewy è 551.46; il modo piú semplice per avere un'idea di ciò che la biblioteca può offrire in questo campo è quella di recarsi direttamente agli scaffali etichettati 551.46 e ricercare tra i volumi.
Modello A-B
L'Oceanografia fisica occupa un posto unico tra tutte le discipline scientifiche perché ha una forte interazione con un gran numero di altri settori con caratteristiche diverse. I corsi universitari solitamente possono impostare l'insegnamento dell'Oceanografia fisica secondo due modelli differenti. Il primo modello enfatizza le relazioni tra l'Oceanografia fisica e le altre discipline delle Scienze della Terra:
Oceanografia fisica secondo il primo modello (Mpdello A).
Ciò che accomuna le Scienze della Terra è lo studio delle diverse componenti del pianeta e della comprensione del loro funzionamento, ad esempio capire come processi fisici e chimici agiscano sulla superficie terrestre, sia allo stato attuale che nel passato. Al contrario di altre scienze (Fisica, Chimica, Biologia), le Scienze della Terra possono raramente controllare le condizioni dei loro esperimenti. Il loro compito è di raccogliere dati sul campo ed interpretarli al meglio.
Il secondo modello include l'Oceanografia fisica tra tutte le altre discipline delle scienze marine:
Oceanografia fisica secondo il secondo modello (modello B).
Ciò che accomuna le Scienze marine è l'uso di speciali strumenti di ricerca per studiare il mare, come ad esempio navi, sommergibili, ancoraggi e boe galleggianti. Alcune delle discipline delle Scienze marine confidano sul successo ed il progresso di altri settori. Per esempio la Biologia marina spesso ha bisogno di informazioni riguardo l'ambiente dal punto di vista fisico; l'Oceanografia fisica non avrebbe raggiunto l'attuale grado di conoscenza della circolazione oceanica senza il progresso della tecnologia marina.
Oceano. Fisica
L'Oceanografia fisica può essere a sua volta suddivisa in tre settori principali: Oceanografia regionale, Oceanografia teorica, Strumentazione oceanografica:
Settori principali dell'oceanografia
Alla Flinders University i vari aspetti dell'Oceanografia fisica possono essere studiati in diversi modi a seconda degli interessi e delle competenze degli studenti.
Figura 1.1
Il è un fluido soggetto a moto turbolento ed è caratterizzato dalla presenza di vortici turbolenti che si muovono a velocità spesso piú alte di quelle del flusso medio.
Siccome allo stesso modo anche l'atmosfera è un fluido in moto turbolento ci si può aspettare che i due mezzi, oggetti di studio rispettivamente dell'Oceanografia fisica e della Meteorologia, mostrino comportamenti simili e siano governati dallo stesso equilibrio di forze. Dunque può essere vantaggioso studiare le due materie insieme. Per dimostrare le similitudini, le Figure 1.1 e 1.2 riportano esempi di vortici nell'atmosfera e nell'oceano.
Si noti la differenza di scala: nell'atmosfera i vortici hanno un diametro di circa 2000 km, mentre nell'oceano di circa 200 km.
Figura 1.2
Un confronto tra una sequenza delle immagini meteorologiche riprese dal satellite e una sequenza di quelle descritte dai modelli numerici relativi alle caratteristiche dell'oceano mostra che anche le scale temporali sono differenti. In un determinato luogo, nell'atmosfera i vortici giungono con una frequenza di uno ogni 5-7 giorni (passaggio dei fronti), mentre nell'oceano ogni 50-70 giorni.
Lo scopo dell'Oceanografia è quello di comprendere la circolazione oceanica e la distribuzione del calore nell'oceano, i meccanismi di interazione tra l'atmosfera e l'oceano stesso e il ruolo che svolge quest'ultimo nel mantenere le condizioni climatiche attuali.
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.
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:
Figura 1.3
I tre criteri sono basilari, ma si escludono a vicenda. Tutte le altre proprietà hanno importanza secondaria. Per consentire la determinazione delle coordinate geografiche, la maggioranza delle proiezioni equivalenti utilizza una griglia longitudinale curva disegnata sulla superficie della mappa (Figura 1.3). La proiezione di Gall/Peters che fu sviluppata da Gall nel 1855 e in modo indipendente da Peters negli anni ?70, consente la corretta rappresentazione delle aree attraverso l'utilizzo di una griglia rettangolare di latitudine/longitudine. Quest'ultima è l'ideale per rappresentare le grandi aree oceaniche.
Figura 1.4
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 l mm è rappresentata con un diagramma meglio noto come curva ipsografica (Figura 1.4).
L'elevazione media della crosta terrestre è di circa -2240 m. 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 -3795 m.
Figura 1.5
Morfologicamente gli oceani sono caratterizzati da: margini continentali, dorsali oceaniche e bacini profondi, secondo lo schema riportato in Figura 1.5. Ogni elemento occupa circa un terzo dell'estensione del fondale oceanico.
| Elemento topografico | Estensione | Profondità | Caratteristiche |
|---|---|---|---|
| Margini continentali: | |||
| Piattaforme | fino a 300 km | 150 - 200 m de profundidade | |
| Scarpate | 20 - 100 km | 200 - 2000 m | spesso solcate da canyons. pendenze di 1 : 40 |
| Piede di scarpata | 300 km | 2000 - 5000 m | pendenze da 1 : 700 a 1 : 1000 |
| Fosse | 600 - 11000 m | ci sono 26 fosse negli oceani:
| |
| 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 valley | 20 - 50 km | taglia di 1000 - 3000 m in profondità le dorsali oceaniche |
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 (10 km). 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.
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 piú 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.
