Marea

marea

marèa [Der. di mare] [GFS] Nell'oceanologia, fenomeno costituito dal periodico alzarsi e abbassarsi del livello dei mari e degli oceani, provocato dall'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole sulle masse acquee terrestri: v. oceanologia: IV 224 f. Per analogia, si dà lo stesso nome ai fenomeni analoghi osservabili nelle acque di un lago (m. lacustri) e di un fiume (m. fluviali), nell'atmosfera (m. atmosferiche) e nell'interno della Terra (m. terrestri). ◆ [GFS] M. anomalistica: v. oltre: M. oceanica. ◆ [GFS] M. atmosferica: oscillazione pseudoperiodica dell'atmosfera terrestre, dovuta sia al-l'azione gravitazionale della Luna e del Sole, sia al riscaldamento solare: v. maree atmosferiche. ◆ [GFS] M. declinazionale e diurna: v. oltre: M. oceanica. ◆ [GFS] M. elettrica: v. oceanologia: IV 217 f. ◆ [GFS] M. equatoriale: v. oltre: M. oceanica. ◆ [GFS] M. fluviale: fenomeno caratteristico dei fiumi o canali sfocianti in un mare dominato da ampie m., consistente nella formazione di correnti più o meno veloci che, con moto alterno, si propagano lungo il fiume o il canale. Tali correnti (onde di m. fluviale) risultano dalla composizione di due distinti moti cui sono soggette le acque del fiume, e cioè quello dell'onda di traslazione provocata nel fiume dal dislivello di m. alla foce e quello della corrente di ritorno che a essa inevitabilmente si accompagna. La velocità dell'onda di traslazione ha, in una certa sezione del fiume, un andamento che è in accordo con le fasi della m. alla foce; l'andamento della velocità della corrente di ritorno, largamente influenzato dalle caratteristiche dell'alveo fluviale, risulta invece, in generale, non in fase con la m. stessa. La velocità dell'onda di m. è, istante per istante, la somma algebrica delle due velocità, per cui l'onda stessa è una corrente di flusso (diretta cioè dalla foce a monte) per tutto il tempo in cui la velocità dell'onda di traslazione è, in valore assoluto, maggiore della velocità della corrente di ritorno; è una corrente di riflusso (diretta cioè verso la foce) per il tempo restante; quando le due velocità si equivalgono, non si ha corrente di m. (stanca di alta m., stanca di bassa m.). Le onde di m. fluviale assumono talora forme imponenti, dando luogo al fenomeno detto mascheretto e influenzando notevolmente il regime della navigazione fluviale. ◆ [GFS] M. ibrida: v. oltre: M. oceanica. ◆ [GFS] M. lacustre: fenomeno di innalzamento e di abbassamento periodico del livello delle acque di un lago: queste m. sono del tutto analoghe a quelle che si verificano nei bacini marini però assai minore ne è l'entità, che raggiunge valori massimi di qualche millimetro. Sono quindi generalm. trascurabili, salvo che nei grandi laghi, dove possono essere più rilevanti per effetto di risonanza. Tale fenomeno è sovrapposto a quello delle sesse, che sono invece determinate da variazioni della pressione atmosferica (v. oltre: M. oceanica). ◆ [GFS] M. mista: v. oltre: M. oceanica. ◆ [GFS] M. oceanica: costituisce un fenomeno generale e continuo, nettamente distinto da ogni altro moto del mare e dell'oceano. La fase corrispondente alla massima elevazione locale del livello marino si chiama alta m., quella corrispondente al massimo abbassamento bassa m.; la fase di aumento del livello è il flusso, l'altra è il riflusso. La differenza di livello tra alta e bassa m. si chiama ampiezza della m., ed è assai variabile da luogo a luogo. In generale essa è piccola nei mari interni, grande negli oceani; in partic., su alcune coste oceaniche (quali, per es., quelle della Bretagna, del golfo di S. Lorenzo, della Patagonia, dell'Alasca, del mare di Ochotsk e della Cina) assume valori imponenti (fino a 16÷20 m). L'osservazione delle m. si effettua con strumenti misuratori del livello marino, detti mareometri e mareografi, installati sulla costa, generalm. in corrispondenza dei porti. L'estrema importanza delle m. nei riguardi della navigazione, spec. per l'accesso ai porti, impone ai naviganti di prevedere o almeno stimare l'ora e l'altezza delle maree. Generalm. le previsioni di m. (v. oltre: Teoria delle m.) sono date in modo completo per i porti principali; per quelli secondari situati entro una certa distanza da quello principale, si fa la stima delle m. in base ad alcuni elementi noti (ritardo e rapporti d'ampiezza rispetto al porto principale). Per quanto riguarda la classificazione delle m., esse rispetto al periodo si dividono in tre classi: (a) m. semidiurne, nelle quali si hanno due alte e due basse m. in un giorno lunare (l'intervallo di tempo tra due successivi passaggi della Luna al meridiano locale, pari a circa 24h 50m); (b) m. diurne, con una sola alta e bassa m. in un giorno lunare; (c) m. miste, che sono le più frequenti e sono costituite dalla sovrapposizione di una m. diurna a una semidiurna, con la conseguenza che uno dei due massimi della m. semidiurna è maggiore dell'altro (per mezzo mese è più alta l'alta m. del mattino, e per il mezzo mese successivo è più alta l'alta m. del pomeriggio: la differenza tra le due altezze si chiama differenza giornaliera di m.). Più importante è tuttavia la classificazione delle m. secondo le caratteristiche e le particolarità che si manifestano durante l'intero mese lunare (fig. 1): (a) m. sinodiche, semidiurne: le grandi m. cadono poco dopo le sizigie, le piccole m. poco dopo le quadrature, in modo che un ciclo completo dura mezzo mese sinodico lunare; risultano dalla sovrapposizione di due m. parziali dominanti, la m. semidiurna lunare e la m. semidiurna solare, quest'ultima precedente la prima di circa 50 minuti al giorno (è la m. tipica dell'Atlantico); (b) m. declinazionali, nelle quali prevalgono le m. parziali diurne; le grandi m. cadono poco dopo l'epoca della massima declinazione lunare (m. tropiche), le piccole m. poco dopo il passaggio della Luna all'equatore (m. equatoriali), in modo che un intero ciclo dura mezzo mese tropico lunare; s'incontrano in poche regioni: Indocina e coste canadesi del Pacifico; (c) m. anomalistiche, semidiurne, con una sola grande m. all'epoca sizigiale prossima al perigeo lunare, e una sola piccola m. alla quadratura prossima al-l'apogeo lunare; il periodo di variazione è quindi pari al mese anomalistico lunare; questa forma di m. è tipica nel Mar Rosso; (d) m. miste sinodico-declinazionali, caratterizzate dal fatto che nelle sizigie prevale il tipo semidiurno sinodico, nelle quadrature il tipo diurno declinazionale; sono assai comuni nei mari interni e mediterranei. Oltre a queste quattro forme principali ne esistono molte altre intermedie (m. ibride). Particolare importanza hanno fra esse le sovramaree, caratterizzate dal fatto di avere un periodo multiplo di quello delle m. parziali componenti e che avvengono prevalentemente in acque basse: per es., a Villa S. Giovanni (Reggio di Calabria) si hanno 4 alte m. e 4 basse m. in un giorno lunare. È da osservare infine che il regime di m. è notevolmente influenzato dalle condizioni meteorologiche locali, partic. dalle variazioni di pressione atmosferica, e dal vento, che eccitano nei bacini acquei ristretti onde stazionarie note con il nome di sesse. Le oscillazioni delle sesse vanno a sovrapporsi a quelle di m., e, se il periodo delle due è poco diverso, possono verificarsi, specie in concomitanza con altre condizioni meteorologiche, eccezionali alte e basse m.: è quanto spesso si verifica nell'alto Adriatico, con i vistosi fenomeni dell'acqua alta, e più raram., dell'acqua bassa. ◆ [GFS] M.semidiurna e sinodica: v. sopra: M. oceanica. ◆ [GFS] M. terrestre: oscillazione pseudoperiodica della crosta terrestre, dovuta all'attrazione lunisolare: v. maree terrestri. Tale fenomeno è dovuto al fatto che la litosfera non è rigida ma leggermente elastica e quindi può deformarsi sotto l'effetto delle stesse forze che producono le altre maree. L'ipotesi che il globo terrestre non fosse assolut. rigido fu avanzata agli inizi del 19° sec., tra gli altri da Lord Kelvin: questi formulò l'ipotesi che i fenomeni legati alle azioni gravitazionali della Luna e del Sole, quali le m. oceaniche, le deviazioni dalla verticale, ecc., fossero in qualche misura modificati dalle perturbazioni che le azioni medesime inducono sulla crosta terrestre. Le misurazioni di cui disponeva Lord Kelvin non erano però in grado di evidenziare questo fenomeno. Solo dopo circa mezzo secolo si riuscì, in sede sperimentale, a separare gli effetti dell'attrazione lunisolare sulle m. oceaniche da quelli sulla crosta terrestre. Le ampiezze delle m. terrestri, valutate con metodi gravimetrici in termini di variazioni della verticale, raggiungono valori massimi dell'ordine del centesimo di secondo sessagesimale. ◆ [GFS] M.tropica: v. sopra: M. oceanica. ◆ [GFS] Correnti di m.: i moti di m. generano correnti che, pur essendo di lieve entità in pieno oceano, assumono viceversa forme imponenti quando vengono a muoversi in canali o stretti, con la formazione di vortici e ribollimenti: è il caso, per es., dello stretto di Messina. Fenomeni analoghi, e ancora più spettacolosi, si hanno negli estuari dei fiumi (m. fluviali: v. sopra). ◆ [GFS] Correzione di m.: v. gravimetria: III 70 c. ◆ [GFS] Ellissoide di m. e forza generatrice di m.: v. oltre: Teoria delle maree. ◆ [MCC] Lobi di m.: v. sistema solare: V 275 c. ◆ [MCC] Potenziale di m.: v. oltre: Teoria delle m. e v. meccanica celeste: III 675 b. ◆ [GFS] Scala di m.: semplice tipo di mareometro (←). ◆ [GFS] Teoria delle m.: per quanto già nell'antichità classica fosse nota la relazione intercorrente fra i fenomeni di m. e i movimenti della Luna, occorre giungere sino a I. Newton per avere una prima idea sulle forze generatrici delle m., dal grande fisico inglese individuate nelle forze gravitazionali esercitate dalla Luna e dal Sole. La prima teoria scientifica delle m., la cosiddetta teoria statica, fu elaborata (D. Bernoulli, C. Mac-Laurin, L. Euler) circa un cinquantennio dopo la formulazione della legge di Newton sull'attrazione gravitazionale. Questa teoria è fondata sulla considerazione che, supponendo la Terra uniformemente ricoperta da una distesa acquea di spessore uniforme, priva di attrito interno, la superficie libera viene ad assumere, sotto l'azione gravitazionale della Luna, la forma di un ellissoide di rotazione (ellissoide di m.) il cui asse maggiore coincide con la congiungente i centri della Terra e della Luna. Analogamente per il sistema Terra-Sole, ma in questo caso, data la maggiore distanza tra i due astri, le forze di m. sono più piccole di quelle del sistema Terra-Luna; gli altri astri del Sistema Solare non hanno influenza sensibile sulle forze di marea. In complesso, l'azione principale è quella della Luna, dato che il Sole interviene solo a modificare l'ampiezza della marea. L'origine della m. è connessa con la differente attrazione gravitazionale, dovuta alla Luna, subita dalle acque sulla superficie terrestre; tale attrazione si riduce con ottima approssimazione a una forza diretta dai punti della superficie terrestre al centro della Luna: tale forza varia sia in direzione sia in intensità. La forza generatrice di m. è data dalla differenza tra questa forza di attrazione e la forza centrifuga dovuta alla rotazione della Terra intorno al centro di massa del sistema Terra-Luna. È conveniente esprimere tale forza risultante come il gradiente di un potenziale φ, detto potenziale di m., che vale con buona approssimazione φ(r, z)= (3/2)(GMr2 /R3)[(1/3)-cos2z], ove G è la costante di gravitazione universale, M la massa della Luna, r la distanza del punto in esame dal centro della Terra, R la distanza Terra-Luna, z l'angolo tra l'asse Terra-Luna e la verticale locale. La dipendenza di φ da r-3 fa sì che l'attrazione lunare sia 2.17 volte quella solare. Dall'espressione di φ si riconosce la sua simmetria intorno all'asse Terra-Luna. In condizioni di equilibrio, la superficie del mare assumerebbe una forma dipendente dal potenziale φ e dall'accelerazione di gravità g, l'innalzamento della superficie libera, detto anche m. di equilibrio, essendo H=(φ/g)=cost. La m. di equilibrio così definita è massima alle sizigie (Luna nuova e Luna piena, fig. 2), quando i tre astri si trovano allineati e la m. lunare si somma a quella solare; e minima alle quadrature (primo quarto e ultimo quarto, fig. 3). L'ellissoide di m. compie un intero giro in un giorno lunare (24 ore e 50 minuti), cosicché, considerando un punto qualunque della superficie terrestre, per esso passano successiv. i due massimi e i due minimi dell'ellissoide stesso; se ne conclude che la m. dovrebbe avere un periodo pari a metà del giorno lunare (12h 25m), che da un giorno all'altro la m. ritarda di 50m e che, nel corso del mese lunare, i massimi di alta marea (grandi m.) dovrebbero coincidere con le sizigie e i minimi (piccole m.) con le quadrature; la differenza di altezza fra grandi e piccole m. è detta differenza semimensile. È notevole il fatto che la differenza di tempo tra il passaggio della Luna al meridiano locale e il verificarsi dell'alta m., o della bassa m., detta ora del porto, è costante per un determinato punto della costa. In realtà, però, i moti di m. risultano, in generale, ben più complicati: ciò è naturale quando si pensi che gli oceani non ricoprono affatto l'intera superficie terrestre, e che non si può trascurare né l'effetto delle forze d'inerzia, né, nei bacini più ristretti, l'effetto di fenomeni di risonanza meccanica delle oscillazioni di m. in rapporto alla forma del bacino. Questa teoria aveva un'intrinseca incapacità di prevedere le m. in modo utile alla navigazione e ciò stimolò la nascita della teoria idrodinamica, elaborata inizialmente da P.-S. Laplace e perfezionata poi da altri. In essa si considera l'acqua degli oceani come un fluido incomprimibile soggetto all'azione del potenziale di m.; per tale fluido le equazioni del moto e di continuità assumono la forma: (∂u/∂t)-2ωv cosϑ= -(gH/R)(∂/∂q), (∂v/∂t)+2ωu cosϑ=-(gH/R)cosϑ (∂/∂λ), (∂μ/∂t)=-(a sinϑ)-1[(∂/∂ϑ)(ud sinϑ)+(∂/∂λ) (vd)], ove H è l'innalzamento della superficie del mare, g è l'accelerazione di gravità, u e v sono le componenti della velocità orizzontale delle acque rispettiv. secondo un asse diretto verso sud e verso est, ϑ e λ sono la colatitudine e la longitudine, d(ϑ, λ) è la profondità dell'acqua, R il raggio terrestre, ω la velocità angolare di rotazione terrestre. La soluzione di questo sistema di equazioni determinerebbe, una volta noto d, il valore di H, u e v, ma per l'estrema complessità della forma degli oceani, espressa dalla funzione d, e per l'intrinseca difficoltà del sistema questo ha solo valore teorico. La teoria ha avuto successo quando si è cercata la soluzione H(ϑ, λ, t) mediante uno sviluppo in serie di funzioni armoniche del tipo H=Σihi cos(ait-Gi), ove hi(ϑ, λ) è l'ampiezza della i-esima componente ed è funzione del luogo, ai sono delle costanti e Gi(ϑ, λ) è la fase della m., funzione anch'essa del luogo di coordinate ϑ e λ; ciò equivale a dire che la m. in un particolare sito è la risultante (m. globale) della sovrapposizione di più m. parziali, il cui periodo è legato ai moti della Luna e del Sole ma la cui ampiezza e la cui fase variano con le condizioni locali. Mediante campagne di osservazioni mareografiche si sono stimati i valori di hi e di Gi in modo da rendere la funzione utilizzabile per fini di previsione; in effetti, oggi è possibile avere, con l'ausilio di appositi elaboratori elettronici, accurate previsioni delle m. in un qualsivoglia sito costiero.