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livello elementare
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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: onde, oceanografia, didattica
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Qualsiasi fluido, quando sottoposto ad una pressione (ovvero ad una forza applicata su una superficie), si modifica, si carica di energia e genera delle onde. Essendo l’acqua di mare un fluido, se sottoposta a fattori perturbanti come ad esempio il vento e le correnti, modifica il suo profilo superficiale (ma vedremo non solo) generando le onde che tanto amiamo.
In fondo si tratta solo di una rotazione delle particelle d’acqua superficiali
Sulla superficie dello specchio di mare, a causa dell’azione del vento o delle correnti, si viene a generare un moto ciclico delle particelle d’acqua che si muovono provocando la formazione delle onde. Il moto delle particelle d’onda nell’alto mare può essere visto come quello su una circonferenza. Avvicinandosi alla costa, a causa della sommatoria delle forze provenienti dal fondo, diventa sempre più ellittico man mano che diminuisce la profondità fino alla riva. Questo fattore fisico ci fa comprendere una nozione molto importante. L’effetto dell’onda è meno percepibile con l’aumento della profondità sottostante, ovvero il subacqueo immergendosi subirà sempre meno le forze di trascinamento delle onde superficiali.
Legenda: 1= Verso di propagazione dell’onda 2= Cresta 3= Cavo – la figura mostra il movimento di una particella in una onda del mare. A=Acqua profonda B=Acqua poco profonde – credito E. Zimbres – Modificata da Wikipedia
Vediamo di capire cosa accade. In condizioni di vento si genera un attrito tra l’aria e la superficie del mare che causa il moto delle particelle superficiali. Il moto può essere rappresentato come un moto circolare. Da un punto dii vista matematica, l’onda prodotta può essere scomposta in una componente orizzontale ed una verticale trasversale. Venendo a mancare l’effetto scendendo in profondità il moto diviene ellittico fino a scomparire quando le condizioni di perturbazione divengono insignificanti. L’azione del vento o delle perturbazioni superficiali non scompare immediatamente al cessare della causa ma può continuare anche dopo che essa cessi. Ciò è dovuto all’energia accumulata dalla massa d’acqua (il famoso mare morto) che inizialmente perdura e poi lentamente si esaurisce. Essendo un gioco di forze è chiaro che se il vento gira in senso contrario lo smorzamento dell’onda sarà più rapido. Non è raro avere situazione miste, ovvero alla direzione iniziale dell’onda si mescola una perturbazione proveniente da un’altra direzione causando il fastidioso fenomeno del mare incrociato.
Non solo vento
Le onde, oltre che a causa del vento, possono formarsi per l’azione delle:
– Maree ovvero degli innalzamenti e abbassamenti (flussi e riflussi) delle acque, dovuti all’attrazione esercitata dalla Luna e dal Sole sulle masse oceaniche. Agli effetti delle maree l’attrazione lunare è molto superiore (poco più del doppio) di quella solare. Ciò deriva dal fatto che, sebbene la massa del Sole sia maggiore di quella della Luna, la distanza fra la Terra e la Luna è minore. Quando la Terra, la Luna e il Sole sono allineati, ovvero durante le fasi di plenilunio e di novilunio, le forze di attrazione si sommano e producono le maree di maggiore intensità. Al contrario, durante le fasi di quadratura, quando la Terra, la Luna e il Sole sono disposti perpendicolarmente si verificano le oscillazioni minori.
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– Correnti marine. Esse sono generate dalla tendenza delle acque a ristabilire il cosiddetto equilibrio idrostatico a seguito di influssi esterni. L’equilibrio delle acque viene modificato dai venti e dalla diversità del riscaldamento solare alle varie latitudini che, a sua volta, modifica la temperatura, la salinità e quindi la densità del mare. Un altro fattore da considerare è l’azione di trascinamento delle masse d’acqua dovuta alla rotazione della Terra. Essa determina i sensi di circolazione delle grandi masse d’acqua e, di conseguenza le correnti.
– Eventi sismici. E’ noto come eventi sismici come i terremoti, a causa dall’accumulo di energia, provocano i tristemente famosi tsunami. In questo caso si formano onde di notevoli dimensioni che, avvicinandosi alla costa, grazie al basso fondale, tendono ad alzarsi di parecchi metri per poi abbattersi con potenza sulla costa con effetti catastrofici. Ogni area geografica può essere soggetta a questi fenomeni e, ovviamente, le aree di crisi sismiche sono le più rischiose.
Effetto del fetch
La dimensione delle onde dipende principalmente dal fattore che le genera (ad esempio dalla forza del vento) e dall’ampiezza del bacino d’acqua interessato nel tempo di applicazione dal vento (chiamata tecnicamente fetch). Questo è il motivo per cui in determinati bacini, con un grande fetch (come il golfo del Leone e il mar Adriatico) si possono generare onde molto alte. Man mano che l’onda si avvicina alla costa subisce un rallentamento dovuto all’attrito con il fondo, dissipando solo parte dell’energia. L’energia restante tende a conservarsi.
Ciò comporta che, sebbene l’onda diminuisca la sua velocità, tenderà a crescere in ampiezza (generalmente nelle ultime decine di metri prima della linea costiera) provocando il fenomeno del frangere delle onde sulla costa. La risposta al frangente è la risacca. E’ il fenomeno che osserviamo in prossimità delle spiagge e che piace molto ai surfisti ma, molto meno, ai subacquei. Notate nell’immagine come man mano che si scende in profondità va a diminuire l’effetto dell’onda.
Possibilità di utilizzo delle onde per produrre energia
Non potevano terminare questa introduzione alle onde, senza parlare di un loro possibile utilizzo come generatori di energia. Non si tratta di fantascienza. Installazioni sperimentali per produrre energia dalle onde sono già esistenti in tutto il mondo. ne esistono di diverse tipologie; alcuni sfruttano i movimenti delle maree altri il moto ondoso costiero, altri gli scambi termici o le correnti. Gli impianti maremotrici (delle maree) sfruttano i dislivelli prodotti dalle maree per produrre energia elettrica attraverso delle grandi turbine idrauliche. Gli impianti del moto ondoso sfruttano invece gli effetti eolici sulla superficie del mare che hanno un’alta densità energetica. Un altro sistema allo studio è quello di impiegare impianti a energia termica oceanica che sfruttano la differenza di temperatura dell’acqua nei vari strati. Gli impianti a correnti sottomarine si avvalgono di grosse turbine sommerse che trasformano l’energia cinetica delle correnti in energia elettrica. Questi sistemi non possono essere impiegati ovunque perché hanno necessità di particolari condizioni ambientali. Per quanto sopra è necessario effettuare ricerche oceanografiche a priori per valutare le aree di migliori sfruttamento.
Ed in Italia?
Non tutti sanno che nella ricerca di energie rinnovabili il nostro Paese ha spesso giocato un ruolo importante. Il Politecnico di Torino ha creato una piccola società che ha sviluppato un sistema per produrre energia dalle onde marine: si tratta della WaveforEnergy.
Ecco il prototipo, ormeggiato al fondale al largo di Pantelleria, ISWEC (potenza nominale 100 kW) ha la possibilità di adattarsi al moto ondoso variando la velocità di rotazione dei propri volani grazie ad un algoritmo di controllo basato sulle previsioni meteorologiche a lungo termine e ad un modello autoregressivo regolato sulle forme d’onda che istantaneamente lo investono. – credito immagine WAVEFORENERGY Energia dalle onde, nuovo prototipo “tutto italiano” – Elettro (elettronews.com)
Come ha spiegato il CEO di WaveForEnergy, Giuliana Mattiazzo questa tecnologia prende spunto dall’idea che “la risorsa dell’onda è più densa rispetto alle altre rinnovabili”, cosa che si traduce in macchinari di minore ingombro se confrontati alle strutture oggi utilizzate per il fotovoltaico e l’eolico. Così WaveforEnergy ha sviluppato una soluzione poco impattante, una sorta di barca (ISWEC) senza parti mobili con un sistema di conversione energetica al suo interno. .Il sistema, studiato appositamente per sfruttare le maree del Mediterraneo, regola la propria produttività adattandosi alla lunghezza d’onda del mare. Un insieme di moduli ISWEC produrrà l’energia. Dopo una prima sperimentazione a Pantelleria, iniziata nell’agosto 2017, il sistema è ora operativo producendo 100 Kw. L’idea futura è di collegare i moduli ad un hub centrale per fornire l’energia alla rete a terra. Il sistema ISWEC è certificato dal RINA (Registro Italiano Navale). Per completezza, esistono in sperimentazione altri progetti di dinamo in grado di produrre energia dal moto ondoso a favore di strutture in prossimità delle coste.
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
