Marea

Mont-Saint-Michel è un piccolo isolotto roccioso situato al largo della costa della Normandia, nella Francia settentrionale: durante la bassa marea, è collegato alla terraferma.

Marea Periodica oscillazione del livello delle acque dell'oceano, sia in mare aperto, sia nelle insenature, prodotto dall'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole sull'acqua e sulla Terra stessa.

Dato che è molto più vicina alla Terra del Sole, la Luna è la principale causa delle maree. Passando sulla verticale di un punto della superficie terrestre, essa esercita una forza di attrazione sulle acque, che pertanto si innalzano al di sopra del loro livello normale. Sono soggette a questa forza anche le acque che si trovano dalla parte opposta della Terra, alla massima distanza dalla Luna. La cresta d'onda che si forma al passaggio lunare è detta marea diretta, mentre quella diametralmente opposta prende il nome di marea opposta. Lungo il cerchio massimo della Terra perpendicolare all'asse che congiunge le creste di marea si hanno fasi in cui l'acqua è più bassa rispetto al suo livello normale.

Le acque basse (riflusso) e alte (flusso) si alternano in un ciclo continuo e la differenza tra il massimo e il minimo livello raggiunti durante questo ciclo è detta escursione di marea. In ogni sito costiero si verificano due alte maree, una diretta e una opposta, e due basse maree per ogni giorno lunare. Due alte o basse maree successive hanno pressappoco lo stesso livello anche se in alcuni siti si riscontra una certa discrepanza, di cui non è ancora nota la ragione. Le maree oceaniche sono comunque più alte rispetto a quelle dei mari interni.

Anche il Sole causa due creste d'onda diametralmente opposte, ma data la maggiore distanza dalla Terra, l'intensità della forza di attrazione che esso esercita sul nostro pianeta è solo il 46% di quella lunare. In ogni caso, le forze esercitate dalla Luna e dal Sole producono una doppia cresta d'onda la cui forma dipende dalle posizioni relative della Luna e del Sole momento per momento. Durante le fasi di luna nuova e luna piena, quando cioè Sole, Luna e Terra si trovano in allineamento, le onde solari e lunari coincidono. Ciò produce le cosiddette maree sigiziali, durante le quali l'acqua alta raggiunge il livello massimo e l'acqua bassa il livello minimo. Quando la Luna è al suo primo o terzo quarto, invece, si trova ad angolo retto rispetto al Sole e le due forze di attrazione interferiscono negativamente. Questa condizione produce le maree di quadratura, durante le quali l'acqua alta è più bassa del normale e l'acqua bassa più alta. Le maree sigiziali e di quadratura vengono registrate circa 60 ore dopo le fasi lunari corrispondenti, e questo lasso di tempo prende il nome di età della marea. Il ritardo tra il passaggio della Luna sul meridiano di un certo luogo e l'alta marea, dovuto ai fenomeni di attrito, è detto invece intervallo lunitidale, o stabilimento di porto.

Alle oscillazioni verticali dell'acqua si accompagnano vari movimenti orizzontali o laterali, denominati correnti di marea, completamente diversi dalle comuni correnti oceaniche. In aree confinate, una corrente di marea scorre in una direzione per circa 6 ore e 12 minuti, dopodiché si inverte e scorre in senso opposto per un tempo pari al primo; in corrispondenza dell'inversione, l'acqua si trova per qualche momento in uno stato di calma (acqua morta).

Il flusso delle maree, rinnovando continuamente l'acqua delle zone costiere, crea un ambiente unico in cui gli esseri viventi sono perfettamente adattati all'alternanza della condizione sommersa e di quella subaerea. Le pozze di marea sono piccoli bacini che si creano quando rimane dell'acqua all'interno di depressioni naturali.

Occasionalmente, onde giganti che prendono origine in mare aperto, chiamate con il termine giapponese tsunami o (impropriamente) onde di marea, si abbattono su zone costiere con potenza devastante, causando vittime e gravi danni economici. Esse non sono prodotte dalle maree, ma sono da mettere in relazione a terremoti, eruzioni di vulcani sottomarini o intense perturbazioni atmosferiche.

Un altro fenomeno erroneamente associato alle maree è quello delle sesse, oscillazioni libere che si verificano di solito in insenature, come la baia di San Francisco in California, o in laghi. Qui la superficie dell'acqua può oscillare di pochi centimetri o di diversi metri per effetto di variazioni locali della pressione atmosferica aiutate dall'azione dei venti, ma talvolta anche per effetto di una scossa sismica distante. Il movimento dell'acqua può persistere per pochi minuti, ma a volte anche per diverse ore.

L'energia delle maree può essere sfruttata per la produzione di elettricità. Nell'estate del 1966, un impianto di conversione della potenza di 240.000 kW è stato messo in funzione alla foce del fiume Rance, in Francia. L'onda che risale l'estuario, passando attraverso una diga, aziona un sistema di turbine, dopodiché viene bloccata mediante chiuse. Quando la marea si abbassa, l'acqua viene rilasciata riaprendo le chiuse della diga e mette nuovamente in funzione le turbine. Simili impianti sono efficienti solo se l'escursione di marea è pronunciata, come nel caso del fiume Rance, dove il dislivello raggiunge gli 8,5 m. Le maree più imponenti al mondo si registrano nella baia di Fundy in Canada, dove l'escursione supera i 18 m. Da molto tempo si progetta di costruire un impianto elettrico in un'insenatura minore della baia, ma l'opera non è ancora stata realizzata.

Mont-Saint-Michel è un piccolo isolotto roccioso situato al largo della costa della Normandia, nella Francia settentrionale: durante la bassa marea, è collegato alla terraferma.

Chiunque abbia costruito castelli di sabbia sulla spiaggia conosce gli effetti delle onde e delle maree. Durante la bassa marea si possono raccogliere molluschi sulla spiaggia, passeggiare sul litorale lasciato libero dal ritirarsi delle acque o costruire una fortezza di sabbia temporaneamente inespugnabile. Durante l'alta marea le onde avanzano sempre più verso la costa, spazzando via i castelli di sabbia e costringendo gli architetti dilettanti a cercarsi terreni più elevati.

Nel mondo del commercio, le maree rivestono un ruolo molto importante sia per l'industria ittica sia per quella dei trasporti. Le grandi navi cargo dirette in porti caratterizzati da acque non troppo profonde devono prevedere il loro arrivo in concomitanza dell'alta marea, quando le acque raggiungono il massimo della profondità. Le barche da pesca dipendono dal flusso e riflusso delle maree. Saper prevedere questi mutamenti è un aspetto fondamentale per spostamenti via mare e, a questo proposito, presso quasi tutte le aree costiere, sono disponibili tabelle molto dettagliate, con tutti i dati e gli orari relativi alle maree.

La forza principale che concorre alla formazione delle maree è l'attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna e dal Sole sugli oceani e, poiché la Luna si trova più vicina alla Terra rispetto al Sole, la sua forza di attrazione gravitazionale è maggiore. Quando la Luna si trova sopra un determinato punto della superficie terrestre, esercita una forza di attrazione sulle acque sottostanti, che di conseguenza si innalzano al di sopra del loro livello normale.

Allo stesso tempo, le acque che ricoprono la parte del pianeta maggiormente distante dalla Luna, si gonfiano verso l'esterno a causa della forza centrifuga esercitata dalla rivoluzione del sistema Terra-Luna. Si tratta della stessa forza che spinge il corpo di un bambino verso l'esterno quando gira su una giostra: infatti il sistema Terra-Luna ruota intorno a un centro comune, simile proprio al centro di una giostra. I bambini più vicini all'esterno della giostra subiscono una spinta maggiore verso l'esterno rispetto a quelli seduti vicino al centro. Allo stesso modo la Terra ruota intorno al centro comune del sistema Terra-Luna e la zona posta a maggior distanza dalla Luna subisce maggiormente l'azione della forza centrifuga, per cui le acque poste in quella posizione si innalzano e si gonfiano verso l'esterno.

Ne consegue che, in qualsiasi momento, vi sono sempre due zone di alta marea sulla Terra, l'una riferita al punto sotto la Luna e l'altra riferita agli antipodi della zona stessa. Le zone di bassa marea si trovano tra quelle delle due alte maree.

Le alte e le basse maree si alternano in un ciclo incessante, con le alte maree che seguono il movimento di rivoluzione della Luna intorno alla Terra. Su quasi tutte le spiagge del mondo, avvengono due alte maree e due basse maree ogni giorno lunare, il tempo cioè che impiega la luna per ritornare in un punto fisso sulla Terra (24 ore e 50 minuti circa). Ne consegue che in un porto normale si avrà ogni 6 ore un'alternanza di alta e bassa marea. Vi sono però alcune coste, come quelle dell'Antartide, dove, durante il giorno lunare, si verificano soltanto una bassa e un'alta marea, a causa di diversi fattori tra cui la topografia e la latitudine.

La differenza tra alta e bassa marea si chiama ampiezza delle maree. Le maree con maggiore ampiezza del mondo si verificano nella baia di Fundy, una grande insenatura a forma di imbuto dell'Oceano Atlantico settentrionale che separa le provincie canadesi del New Brunswick e quelle della Nuova Scozia. La baia di Fundy si divide in due bracci: Chignecto Bay a nord e Minas Basin a sud. L'effetto a imbuto sulle acque di questi stretti bracci, provoca un tale aumento dell'ampiezza della marea della baia che a volte le acque avanzano fino a 15 m. I visitatori del Fundy National Park in Canada possono assistere, nel giro di poche ore, a inondazioni spettacolari.

Anche il Sole, come la Luna, esercita sulla Terra una forza di attrazione gravitazionale, ma data l'enorme distanza che lo separa dalla Terra, l'intensità è circa la metà di quella della luna. La somma delle forze esercitate dalla Luna e dal Sole sulle acque provocano una marea caratterizzata da due picchi massimi, la cui localizzazione dipende dalla relativa posizione della luna e del sole in un dato momento. Durante le fasi di luna nuova e luna piena, quando il sole, la luna e la Terra si trovano sulla stessa linea, le maree solari e quelle lunari coincidono. Da questo allineamento ne consegue una condizione nota come marea equinoziale, durante la quale l'ampiezza dell'alta marea è maggiore del solito e quella della bassa marea è inferiore al normale.

Al primo o al terzo quarto, quando la Luna forma un angolo retto con il Sole rispetto alla Terra, le forze contrastanti di luna e sole, esercitando la loro attrazione sulle onde, danno vita alle maree di quadratura, durante le quali l'ampiezza dell'alta marea è minore del solito e quella della bassa marea è superiore al normale.

Oltre alla crescita e all'abbassamento in senso verticale delle acque, si verificano anche vari movimenti orizzontali o laterali detti correnti di marea o flussi di marea. Mentre l'alta marea sta crescendo, una corrente di marea avanza verso la costa per sei ore circa; durante l'alta marea, questa corrente inverte il suo percorso facendo defluire le acque dalla costa in un movimento detto corrente di riflusso.

Dopo sei ore circa, con la bassa marea, la corrente si inverte di nuovo. I tempi esatti possono variare a seconda delle condizioni locali. Durante il periodo di inversione, le acque si trovano in uno stato di riposo o di calma, detto marea ferma. Come le maree cicliche, anche le correnti d'inversione sono importanti per le navi d'alto mare che, quando entrano nella foce di un fiume, dirette in un porto situato a monte, ricevono dalla corrente di marea una spinta nel senso di marcia.

Quando un notevole volume di acqua, derivante da una corrente di marea, si accumula alla foce a imbuto (estuario) di un fiume, più rapidamente di quanto possa defluire a monte, si forma gradualmente un'onda spumeggiante, o onda di marea, che risale rapidamente il canale. Le onde di marea più alte del mondo superano i 4,5 m. Di notevole portata sono le onde di marea che si sviluppano in Cina sull'estuario del Qiantang Jiang nel Golfo di Hangzhou, nella baia di Fundy sul Petitcodiac, nel Regno Unito sul fiume Severn e in Brasile sul Rio delle Amazzoni. Durante le maree equinoziali, le onde di marea del Rio delle Amazzoni risalgono a monte del fiume per 650 km a una velocità superiore ai 65 km all'ora.

La potenza che si sprigiona dalle maree è stata imbrigliata per produrre energia elettrica. Nel 1966 entrò in funzione sull'estuario del fiume Rance nella Francia nordoccidentale, una centrale elettrica basata sullo sfruttamento delle maree con una capacità di 240.000 kilowatt. La marea che avanza nel fiume fluisce attraverso una diga, eretta nei pressi della città di Saint-Malo, azionando le turbine, ed è poi trattenuta oltre la diga. Quando la marea decresce, l'acqua trattenuta dalla diga è rilasciata e defluisce attraverso la diga, azionando di nuovo le turbine. La resa di questi impianti per lo sfruttamento delle maree è tanto maggiore quanto più ampia è la differenza tra alta e bassa marea, come nell'estuario del fiume Rance, dove l'ampiezza della marea è di 8,5 m.

Le onde sono causate dai venti. Quando i venti sono deboli le acque sono calme e quando i venti sono forti le acque sono agitate. Durante le tempeste, la violenza dei venti può causare delle mareggiate in grado di innalzare temporaneamente il livello del mare nelle regioni costiere pianeggianti, esponendo i paesi posti lungo il litorale al rischio delle inondazioni.

Le onde sono la forza erosiva più significativa lungo le coste. Il litorale subisce costantemente l'azione delle onde che provoca l'erosione delle spiagge e la sottoescavazione delle scogliere. Col passare del tempo, le onde scavano lungo i lati degli affioramenti superficiali, delle grotte sempre più profonde finché l'affioramento rimane isolato dalla costa, come si può vedere nella regione dell'Algarve, nel Portogallo meridionale, dove questi promontori di roccia sono chiamati camini di mare.

Gli effetti delle maree e delle onde sono riscontrabili anche sui delta dei fiumi, dove trasportano i sedimenti lungo la costa o nel mare aperto. Lungo le linee costiere, al verificarsi di date condizioni, le onde creano banchi di sabbia e cordoni di sabbia.

In giapponese, tsunami significa onda di maremoto, cioè grossa onda provocata da un sisma sottomarino. Gli tsunami sono stati erroneamente detti onde di marea ma non hanno nulla a che fare con le maree, infatti essi sono generati dai movimenti sussultori e ondulatori dei fondali oceanici durante un sisma. Altre cause possibili sono le frane sottomarine o un'eruzione vulcanica. La maggior parte degli tsunami hanno origine lungo la cosiddetta Cintura di fuoco, una zona nell'Oceano Pacifico di vulcani e attività sismica. A partire dal 1819, circa quaranta tsunami hanno colpito le Isole Hawaii.

Gli tsunami si muovono molto rapidamente, raggiungendo velocità di oltre 800 km orari. Nelle profondità oceaniche, l'onda è quasi impercettibile, solitamente alta meno di 1 m, tuttavia man mano che si avvicina alle acque costiere, lo tsunami deve rallentare la sua corsa crescendo rapidamente in altezza e quando arriva presso la costa, può essere un colossale muro d'acqua alto oltre 15 m, capace di distruggere interi insediamenti costieri.

Il 17 febbraio 1996, un sisma del settimo grado della scala Richter si verificò al largo della costa dell'isola Biak in Indonesia, a nord della Nuova Guinea, causando onde di 6 m che spazzarono la costa. Il bilancio delle vittime fu di 102 morti e almeno 50 dispersi. Oltre 3000 case su Biak e sulle isole circostanti furono spazzate via dallo tsunami. Ben più grave il risultato del maremoto che ha avuto luogo il 18 luglio 1998: onde alte fino a 10 m hanno spazzato via interi villaggi in una sottile striscia di terra fra l'oceano e una laguna sulla costa orientale della Nuova Guinea. Tremila i morti e diecimila i senzatetto.

Gli scienziati sono in grado di prevedere quando e dove gli tsunami si svilupperanno, attraverso la determinazione dell'epicentro e dell'intensità dei sismi. Nel caso in cui il sisma sottomarino si verifichi lontano dalla costa, gli abitanti dei bassipiani costieri hanno alcune ore per trasferirsi in zone a quota superiore, ma rischiano di essere colti di sorpresa se il sisma si verifica vicino alla costa.