LE MAREE

"Esse salgono e tornano indietro due volte nel tempo tra due levate della luna"
Plinio, Storia Naturale

In oceanografia le maree vengono descritte come un particolare tipo di onde. Le cause alla base del fenomeno sono molteplici e, per non appesantire la trattazione, descriveremo le maree senza introdurre complesse equazioni matematiche. Per cui non approfondiremo le due principali teorie che descrivono il fenomeno, ossia la teoria di Newton o teoria dell'equilibrio (1687), e la teoria dinamica o di Laplace (1776-1824). Ricordiamo solamente che Newton descrisse il fenomeno tenendo conto di fattori astronomici quali l'inclinazione dell'orbita terrestre, del moto roto-traslatorio attorno al centro di massa del sistema terra-luna e della forza di attrazione tra i due corpi celesti. Laplace descrisse, circa un secolo dopo, il fenomeno delle maree soprattutto all'interno dei bacini soggetti a elevate escursioni mareali, considerando la forza di Coriolis e la morfologia e la profondità dei bacini. Newton non tenne conto degli attriti e dell'inerzia delle acque, e della densità non omogenea delle stesse. Laplace fece la stessa cosa, assunse cioè che la terra fosse coperta da un oceano omogeneo di densità costante.

La luna ruota attorno alla terra in 24 h e 50 minuti, per cui un osservatore posto in un punto fisso vede nel volgere di un giorno, due alte e due basse maree. Queste maree, intervallate da 12 h e 25 minuti sono dette maree semidiurne. Nella realtà però si hanno maree diurne o miste, poiché si ha un'alta marea pronunciata di 24 ore e non di 12, seguita poi da un'alta marea meno pronunciata. Tutto questo è legato a fenomeni astronomici complessi, tra i quali l'inclinazione dell'orbita della luna, inclinato di 5° rispetto a quella della terra. Solo in alcune zone si hanno maree diurne prive della componente semidiurna, un esempio la costa indocinese del Do-Son e alcune zone del Golfo del Messico. Il secondo fattore per importanza coinvolto nel fenomeno delle maree e l'attrazione esercitata dal sole. A causa della distanza gli effetti sono minori ma decisamente complessi a causa dei moti del sistema terra-luna attorno alla nostra stella. Quando la terra, la luna e il sole sono allineati (sigizie), sia quando la luna è in opposizione (luna piena) o in congiunzione (luna nuova), si hanno le maree sigiziali. Le escursioni di marea in questo caso sono molto accentuate. Nel caso in cui il sistema sole-terra-luna sono in quadratura, ossia formano un angolo di 90° (luna al primo e all'ultimo quarto), si hanno le maree di quadratura, meno accentuate delle altre.

Sopra: allineamento o sigizie del sistema sole - terra -luna

Sopra: quadratura del sistema sole - terra -luna

Effetto della Luna

Considerando per semplicità soltanto la Luna e trascurando per ora gli altri corpi del sistema solare, la forza che provoca le maree risulta dalla non completa cancellazione di due forze opposte tra loro: l'attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna sulla Terra, e la forza centrifuga dovuta alla rotazione della Terra intorno al centro di massa del sistema Terra-Luna (che si trova a circa 4700 km dal centro della Terra, e circa 1700 km sotto la superficie terrestre). Sulla faccia rivolta verso la Luna, l'attrazione lunare è lievemente maggiore (in quanto la distanza dalla Luna è minore), mentre la forza centrifuga è minore (in quanto la distanza dal centro di rotazione è minore): questa differenza origina una forza risultante diretta verso la Luna. Sull'altra faccia accade l'opposto: l'attrazione lunare è minore mentre la forza centrifuga è maggiore. Ne consegue un sollevamento del mare sia sul lato della Terra rivolto verso la Luna, sia sul lato opposto (la cosiddetta "seconda gobba" della marea). Ecco perché l'alta e la bassa marea si alternano all'incirca 2 volte al giorno. Risultando dalla cancellazione di due forze quasi uguali tra loro, l'intensità della forza di marea è alquanto minore di quella di ciascuna delle due forze prese singolarmente (matematicamente parlando, si tratta di un effetto di secondo ordine). Sulla superficie della Terra essa vale circa un decimilionesimo della forza di gravità. Tale forza, apparentemente piccolissima, è però sufficiente a produrre effetti giganteschi a causa dell'enorme massa d'acqua su cui agisce.

Effetto del sole

Il Sole esercita sulla Terra una forza di marea analoga a quella esercitata dalla Luna; poiché però la distanza Terra-Sole è molto maggiore (mediamente circa 390 volte) della distanza Terra-Luna, sebbene il Sole abbia una massa molto maggiore della Luna, la forza di marea del Sole risulta pari solo al 46% circa di quella della Luna. Anche gli altri pianeti del sistema solare esercitano una forza di marea, ma avendo una massa molto inferiore a quella del Sole, l'entità di tali forze è del tutto trascurabile (meno di un decimillesimo della forza di marea della Luna). A seconda della posizione relativa di Terra, Sole e Luna, la forza di marea del Sole può agire nello stesso verso di quella della Luna oppure nel verso opposto: ne risulta, come abbiamo scritto sopra, un rafforzamento della marea quando i due astri si trovano in congiunzione (luna nuova) o in opposizione (luna piena), e un suo indebolimento quando si trovano in quadratura (primo o ultimo quarto). L'ampiezza delle maree perciò aumenta e diminuisce ciclicamente, con un periodo di circa quindici giorni.

Periodicità delle maree

Come si è detto sopra, il ciclo delle maree si ripete approssimativamente due volte al giorno: per la precisione l'intervallo tra due alte (o due basse) maree successive è mediamente di 12 ore e 25 minuti circa. Questo accade perché, mentre la Terra compie un giro su se stessa ogni 24 ore circa (il giorno siderale medio è precisamente di 23h 56' 04"), contemporaneamente la Luna orbita intorno alla Terra compiendo un giro in poco meno di un mese (27 giorni e 7h 43' 12"). Perciò, nell'intervallo tra due passaggi successivi della Luna sullo stesso meridiano, la Terra non deve ruotare solo di 360°, ma di circa 375° 30' per compensare i 15°30' di cui la Luna si è spostata nel frattempo, cioè la Terra deve compiere esattamente un giro in più. Il valore preciso varia leggermente perché, essendo l'orbita lunare un ellisse , la velocità orbitale della Luna non è costante: il valore medio è 375° 34' 6". Il tempo corrispondente è 24h 54' 33". L'intervallo medio teorico tra due alte maree successive è quindi la metà di questo, ossia 12 ore, 27 minuti e 17 secondi.

Effetti delle maree dovute agli stretti

Se da un lato, i mari interni (come il Mar Mediterraneo) non registrano forti maree, d'altro canto le maree hanno grande importanza nei pressi degli stretti (come lo Stretto di Gibilterra) in quanto creano forti correnti alternanti tra l'oceano e il mare interno, favorendo così pure un ricambio dell'acqua del mare interno. Un effetto ancor più interessante si può evidenziare nello stretto di Messina (Italia) dove le maree invece di sviluppare delle ampiezze apprezzabili (o comunque in altezza) le stesse sviluppano delle correnti (cosiddette di marea) che corrono periodicamente (circa ogni 6 ore) prima lungo un senso dello stretto ed in seguito nel senso opposto (Corrente montante e corrente Scendente, a seconda della provenienza da sud o da nord).

Le fotografie che seguono mostrano l’escursione della marea sul territorio, con cicli costanti nelle 12 ore e differenze di escursioni in altezza.

BIBLIOGRAFIA

• Lucio Russo (2003): Flussi e riflussi - Indagine sull'origine di una teoria scientifica, Feltrinelli
• Odile Guérin Tout savoir sur les marées, Éditions Quest France juin 2004 ISBN 2737335051