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L’influenza militare nella ricerca oceanografica negli oceani: il contributo della USN

Reading Time: 7 minutes

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livello elementare
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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: XX SECOLO
AREA: OCEANI
parole chiave: Oceanografia militare, USN
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Nel secolo scorso le ricerche oceanografiche della marina statunitense (USN) vennero svolte principalmente presso la Scripps Institution of Oceanography di La Jolla, in California, l’Istituto oceanografico Woods Hole nel Massachusetts ed il Lamont Geological Observatory a Palisades, New York. 

Sebbene la ricerca oceanografica fu sempre legata alle attività a favore delle Marine militari, l’approccio scientifico diventò sempre più specifico durante la seconda guerra mondiale ed in guerra fredda quando la minaccia sottomarina richiese di sperimentare nuove apparecchiature nel campo dell’acustica subacquea. I centri di ricerca incominciarono a studiare metodicamente le caratteristiche chimico fisiche del volume d’acqua (importanti per prevedere la portata dei sonar) e ad analizzare e riprodurre la topografia delle mappe dei fondali marini.

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Nonostante gli scienziati ebbero sempre una certa autonomia nella ricerca non mancarono episodi di avversione per i militari. Allo Scripps ed al Woods Hole, rispettivamente negli anni ’30 e ’60, gruppi di scienziati si opposero strenuamente al fatto che i direttori delle loro istituzioni facessero affidamento sul denaro della Difesa. Le loro preoccupazioni erano per lo più generiche, preoccupati che il finanziamento della Marina statunitense li avrebbe esposti alle accuse di aver perso la “purezza” della ricerca, non più guidata dalla curiosità ma da una ricerca applicata allo sviluppo di nuove armi. In nessuna delle due situazioni la comunità scientifica vinse la contrapposizione … semplicemente chi si rifiutò lasciò le proprie istituzioni mentre gli altri continuarono le loro ricerche … ed a loro dobbiamo molte delle scoperte sugli oceani che ci hanno permesso di realizzare le applicazioni tecnologiche che oggi ci consentono di studiare e lavorare sui mari.

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Il DSV Alvin è un batiscafo di proprietà della United States Navy in uso al Woods Hole Oceanographic Institution. Il suo utilizzo principale è l’esplorazione dei fondali marini per scopi scientifici, in particolare per lo studio delle sorgenti idrotermali, e per il ritrovamento di relitti – photo credit USN – WHOI.

Nel 1964, la US Navy iniziò a finanziare il batiscafo Alvin inizialmente come sistema di salvataggio e di ricerca nel campo intelligence. Solo nel 1974, quando la US National Science Foundation e la National Oceanic and Atmospheric Administration (entrambi finanziatori nella ricerca pura) poterono ottenere dei fondi, fu possibile impiegare Alvin per la ricerca profonda degli abissi oceanici che, come ricorderete in altri articoli, portò alla scoperta delle prese d’aria di acque profonde che portarono alla scoperta e comprensione degli organismi estremofili nei pressi delle sorgenti idrotermali.

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black smokes, dove la vita esiste in condizioni estreme

Forse il campo di studio oceanografico più impegnativo e più complesso fu finanziato grazie alla necessità militare di comprendere la fisica e la dinamica della circolazione oceanica. Le ricerche svolte dal Woods Hole, in particolare da parte di Henry Stommel, portarono ad esempio alla scoperta del termoclino, lo strato di transizione tra lo strato rimescolato vicino alla superficie (mixed layer), dove la temperatura è costante ed approssimativamente pari a quella dell’acqua di superficie, e lo strato di acqua più profonda degli oceani.

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Nello strato di termoclino, la temperatura diminuisce rapidamente dal valore superficiale a quello della temperatura dell’acqua profonda, che è stabile nel corso dell’anno perché troppo profonda per poter essere influenzata dalla radiazione solare. Il termoclino rappresenta quindi una importante zona di transizione tra lo strato superficiale e quello profondo dove avvengono molti fenomeni oceanografici. Ad esempio, con il diminuire rapido della temperatura si osserva un aumento della densità e della salinità, fattori che tra le altre cose influenzano il modo in cui un suono viaggia nell’acqua. Questi studi consentirono a Stommel di sviluppare il modello di circolazione termoalina, una teoria che spiega come le variazioni di temperatura, densità e salinità modifichino la circolazione interna degli oceani.

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circolazione termoalina

I finanziamenti della Marina portarono anche alla scoperta da parte di Maurice Ewing e Joe Worzel del canale del suono, una specie di condotto acustico sottomarino lungo il quale il suono viaggia più velocemente, e delle relative zone d’ombra, dove la propagazione può essere nulla.

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Quando gli impulsi acustici vengono emessi nel canale, se si avvicinano alla superficie vengono rivolti indietro verso il fondo, mentre se vanno verso il fondo dell’oceano vengono rivolti indietro verso la superficie. Si forma quindi un canale acustico che può viaggiare per molte miglia e permettere, tra le tante cose, una trasmissione acustica più efficente.

Gli impulsi acustici possono percorrere grandi distanze nell’oceano se intrappolati in una “guida d’onda” acustica. L’oceano conduce il suono in modo molto efficiente, in particolare quello alle basse frequenze (poche centinaia di Hz). Queste ricerche portarono a scoprire molti segreti degli oceani, sia dal punto di vista fisico e biologico …  Le prime registrazioni di suoni degli animali marini furono effettuate proprio in quegli anni.

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Walter Munk nel 1963 con una “capsula di marea”. Questo strano strumento veniva affondato in mare per misurare le maree in acque profonde. Oggi tali misurazioni possono esssere efefttuate direttamente dai satelliti. Photo Credit Ansel Adams, University of California

Ma l’acustica oceanica aveva anche altre implicazioni. Ad esempio si scoprì che Il suono viaggia più lentamente nell’acqua fredda che in quella calda e, nel 1979, Walter Munk dello Scripps e Carl Wunsch del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge si resero conto che misurando la velocità del suono nell’oceano, potevano misurare anche la temperatura dell’oceano. In altre parole svilupparono quella che oggi chiamiamo la tomografia acustica oceanica, sfruttando la facilità con cui il suono viaggia nell’oceano ed utilizzando segnali acustici per la misura della temperatura e delle correnti su larga scala.

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Il Nord Atlantico occidentale che mostra le posizioni di 2 esperimenti che impiegarono la tomografia acustica oceanica. AMODE, “Acoustic Mid-Ocean Dynamics Experiment” (1991-2), fu progettato per studiare le dinamiche oceaniche in un’area lontana dalla Corrente del Golfo, e SYNOP (1988-9) per misurare sinotticamente gli aspetti della Corrente del Golfo. I colori mostrano un’istantanea della velocità del suono a 300 m di profondità derivata da un modello oceanico numerico ad alta risoluzione.  – wikipedia

In un esperimento del 1991, Munk ed i suoi collaboratori furono in grado di studiare la capacità del suono sottomarino di propagarsi dall’Oceano Indiano meridionale attraverso tutti i bacini oceanici per misurare la temperatura globale dell’oceano. L’esperimento fu in seguito criticato da gruppi ambientalisti, che si aspettavano che i forti segnali acustici avrebbero influenzato negativamente la vita marina.

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Il dottor Munk, a sinistra, osserva uno strumento oceanografico durante la spedizione Capricorno (1952-1953), da qualche parte tra Eniwetok e Tonga nel Pacifico – Photo Credit UC San Diego / Scripps Institution of Oceanography

Non furono i soli esperimenti, a torto o a ragione, criticati. Ci furono sicuramente delle sperimentazioni discutibili, come lo studio degli effetti delle esplosioni convenzionali e nucleari in mare. Non ultime quelle, iniziate nel 1993, per valutare la trasmissione delle onde acustiche e sismiche nel volume d’acqua e nei fondali. Sfortunatamente, gli scienziati, sebbene coinvolti pubblicamente e professionalmente, in un primo tempo minimizzarono la possibilità che i suoni esplosivi potessero influenzare il comportamento di animali marini come le balene. Oggi sappiamo che queste esplosioni, come le emissioni acustiche nelle basse frequenze, possono causare seri danni ai cetacei, causando danni ai loro sistemi nervosi e provocandone anche la morte.

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alcuni sistemi di emissione acustica possono causare danni alle creature marine. La loro pericolosità è inversamente proporzionale alle frequenze utilizzate: minori sono le frequenze, maggiore è il rischio. Le alte frequenze, come quelle usate dai sonar dei cacciamine non sono pericolose.

Il programma statunitense sugli effetti delle esplosioni subacquee e sulle emissioni dei sonar a bassa frequenza divenne un incubo mediatico e politico, e fu finalmente terminato nei primi anni del 2000 con la standardizzazione delle procedure di emissione acustica in mare, redatto dalla NATO, al fine di proteggere i mammiferi marini.

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l’equipaggio del Sealab, un esperimento per la lunga permanenza umana sul fondo – photo credit USN

La ricerca oceanografica militare non aiutò solo a comprendere meglio gli oceani ma permise la definizione di nuovi standard di sicurezza. Molti degli studi di fisiopatologia subacquea nacquero nell’ambito della marina statunitense … molti ricorderanno le famose tabelle di decompressione della US Navy, che furono per anni il riferimento di tutti i subacquei militari e civili. Altre applicazioni straordinarie, nate dalla cooperazione tra il mondo militare e scientifico fu lo sviluppo dei mezzi subacquei, dai remote controlled vehicles (ROV) fino ai moderni mezzi autonomi (AUV) e, non ultimi, i glider che consentono di monitorare per lungo tempo gli oceani e meglio comprendere le loro dinamiche.  

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un glider o “aliante oceanico” è un veicolo subacqueo autonomo utilizzato per la scienza oceanica. Poiché gli alianti richiedono poca o nessuna assistenza umana durante le loro missioni, questi piccoli robot sono particolarmente adatti per la raccolta di dati in luoghi remoti, in sicurezza ed a costi relativamente bassi. Gli alianti possono essere dotati di un’ampia varietà di sensori per monitorare la temperatura, la salinità, le correnti ed altre condizioni oceaniche. Queste informazioni creano un quadro più completo di ciò che sta accadendo nell’oceano che gli scienziati potrebbero non essere altrimenti in grado di rilevare dai satelliti o dalle navi di ricerca. 

La ricerca oceanografica militare e civile, oggi con l’aiuto di mezzi sempre più moderni, continua e ci permetterà di comprendere sempre meglio gli effetti dei cambiamenti climatici e del ruolo degli oceani per la nostra sopravvivenza.

Andrea Mucedola

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