Le onde
Le onde sono causate dal vento. L'azione di pressione e attrito esercitata dal vento produce le onde forzate o marosi; il moto ondoso però non cessa al calare del vento, ma si attenua lentamente per dispersione di energia cinetica. Si hanno così le onde lunghe, di aspetto più liscio ed arrotondato, che si propagano anche per lunghissime distanze senza mutamenti apparenti: e il cosiddetto mare lungo. Il moto delle onde in mare aperto è in qualche modo analogo a ciò che succede alla superficie di un campo di grano su cui soffia il vento: durante il moto ondoso viene trasmessa solo la forma dell'onda mentre l'acqua rimane praticamente stazionaria. Infatti un oggetto galleggiante sale e scende al passaggio dell'onda senza spostarsi lateralmente in modo apprezzabile; se le masse d'acqua si muovessero con la velocità delle onde nessun mare sarebbe navigabile. Le singole particelle d'acqua descrivono delle orbite circolari ma permangono più o meno nella stessa posizione; le orbite, che in superficie hanno un diametro circa uguale all'altezza dell'onda, diventano sempre più piccole con la profondità così che il moto ondoso si smorza gradualmente. La profondità dell'acqua sotto la quale non vi è più moto ondoso è conosciuta con il nome di livello base delle onde, che equivale alla metà della lunghezza d'onda. Sotto questo livello il movimento dell'acqua è praticamente nullo. Tali onde sono quelle di mare aperto e prendono il nome di onde di oscillazione. L'altezza delle onde dipende dall'intensità del vento, dalla sua durata e dall'estensione della superficie marina che ha subito l'azione del vento. Avvicinandosi alla costa, non appena lo spessore d'acqua diventa minore della metà della lunghezza d'onda, questa comincia a subire l'attrito del fondo e le orbite circolari di superficie delle particelle d'acqua si deformano in ellissi che diventano sempre più schiacciate con la profondità. Il fondale esercita un'azione frenante per cui la base dell'onda rallenta rispetto alla cresta che procede con velocità invariata fino a quando, superato il limite di stabilità, si rovescia e precipita nel cavo antistante; a questo punto l'onda si scompone, scompare il moto orbitale e si forma il frangente di spiaggia, mentre il flutto di ritorno, che spesso si muove sotto l'onda in arrivo, prende il nome di risacca. Sono queste le onde di traslazione (quelle dei surfisti hawaiani) che non consistono più in una semplice oscillazione verticale ma in un vero e proprio trasporto laterale d'acqua. Quando un'onda si avvicina ad una costa irregolare, essa non tocca il livello di fondo nello stesso istante lungo tutta la sua lunghezza. Quella parte di onda che si trova sul fondale più basso rallenta la sua velocità prima cosicché il profilo trasversale dell'onda si inflette. Questo fenomeno è detto rifrazione, e produce una concentrazione di energia in corrispondenza dei promontori e delle sporgenze costiere, mentre nelle baie e nei golfi l'energia viene dissipata in un fronte più ampio e le onde che raggiungono la riva sono meno forti. Il risultato di questa distribuzione di energia è lo smantellamento dei promontori ed il riempimento delle baie mediante trasporto di sedimenti, con la tendenza finale a rendere più rettilinea la costa. Infatti, siccome le onde incontrano la riva obliquamente, ne risulta una componente di deriva con trasporto longitudinale di materiale, parallelamente alla spiaggia. Si instaura così una corrente parallela al litorale (corrente di deriva litorale) che è interrotta di tanto in tanto da correnti di risucchio (rip currents), nei mari oceanici molto forti e pericolose. (27)
La marea è il ritmico alzarsi (flusso) ed abbassarsi (riflusso) del livello del mare provocato dall'azione gravitazionale della Luna e del Sole. Si tratta di un fenomeno a carattere universale, persistente e periodico, le cui cause sono prevalentemente astronomiche. La massima elevazione dell'acqua è detta alta marea mentre bassa marea è lo stato di estremo abbassamento. Il dislivello tra un'alta e una bassa marea consecutive è l'ampiezza o escursione della marea. Nell'arco di un giorno avvengono due cicli di alta e bassa marea. Già prima di Newton, e fin dal tempo dei Greci, si conoscevano le dipendenze dei ritmi delle maree dalle posizioni della Luna e dei Sole, ma si ignoravano le cause di tali relazioni. La vera natura delle forze generatrici delle maree apparve chiara solo dopo che fu scoperta la legge di gravitazione universale. Relativamente alla Terra, tenendo conto delle distanze e delle masse, solo il Sole e la Luna sono corpi in grado di causare forze di marea apprezzabili; il Sole, benché più distante, agisce per la sua enorme massa, la Luna, pur essendo molto più piccola, per la breve distanza. La forza di attrazione del Sole è tuttavia meno della metà (0,46) rispetto a quella della Luna. Le maree sono causate dalla combinazione della forza di attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna e della forza centrifuga inerente al sistema Terra-Luna, ruotante attorno al proprio baricentro M. Nel fenomeno delle maree interviene anche la forza di attrazione del Sole, che agisce in maniera analoga a quella della Luna ma con intensità minore a causa della molto maggiore distanza dalla Terra. Le forze di attrazione lunari e solari possono però sommarsi o contrastarsi; quando la Luna e il Sole si trovano ad angolo retto rispetto alla Terra le forze tendono ad annullarsi, producendo alte e basse maree di lieve entità, dette maree di quadratura, che si verificano nel primo e nell'ultimo quarto lunare. Quando la Luna e il Sole sono allineati (Luna nuova o Luna piena), le forze si sommano e si hanno le maree più grandi, dette maree sigiziali.
L'escursione reale delle maree si discosta notevolmente dal valore medio teorico di 60 cm, quale dovrebbe essere il rigonfiamento di una massa liquida uniforme, per effetto dell'attrazione della Luna e del Sole. In realtà il fenomeno è molto più complesso; entrano in gioco innanzitutto il fatto che gli oceani non ricoprono in modo uniforme il globo, poi la profondità e la forma dei bacini marini, la direzione e la configurazione della linea di costa e, infine, l'inerzia delle masse d'acqua che vengono rallentate per attrito sui fondali. I dislivelli di marea, deboli in pieno oceano e nei mari interni, aumentano verso le coste oceaniche e assumono grande sviluppo in aree particolari, quali estuari, baie e golfi lunghi e stretti, in cui superano altezze di 15 m (Golfo di San Lorenzo in Canada, coste della Bretagna francese, della Patagonia e dell'Alaska). Nel Mediterraneo le maree hanno escursione da 20 a 50 cm; fanno eccezione il Golfo di Gabes (Tunisia) e il Golfo di Trieste, ove per ragioni di geometria dei fondali, si sviluppano escursioni di maree superiori al metro. A causa dell'inerzia della massa d'acqua, del suo attrito con il fondo e della morfologia costiera, l'alta marea non si verifica nel momento in cui la Luna transita sul meridiano del luogo considerato, ma si può presentare con un certo ritardo; questo ritardo, che è costante per ogni singola località e varia da luogo a luogo, prende il nome di ora di porto. La conoscenza di tale ritardo, che può raggiungere le 12 ore, riveste grande importanza ai fini del traffico portuale; per questa ragione si effettuano le previsioni delle maree e si costruiscono delle carte su cui si disegnano le linee cotidali, che uniscono i punti che hanno l'alta marea nello stesso istante. Una caratteristica delle carte cotidali è la presenza di punti per i quali passano tutte le curve cotidali; in questi punti, detti punti anfidromici, l'escursione di marea è nulla perché vi interferiscono maree opposte. In vicinanza delle coste, e specialmente negli stretti che mettono in comunicazione bacini marini contigui o nelle bocche che mettono in comunicazione le lagune col mare aperto, il periodico flusso e riflusso della marea genera le correnti di marea, le quali, naturalmente, invertono periodicamente il senso del flusso (correnti bisensoriali). Quando la marea penetra in una zona a forma di imbuto, come un estuario, l'onda di marea raggiunge zone progressivamente più basse e strette per cui essa si ingrossa considerevolmente e risale il fiume come una corrente impetuosa. Variazioni di livello marino che ricordano quelle provocate dalle maree si hanno per effetto dei vento, quando questo spira intensamente e persistentemente contro una costa; in tal caso si possono verificare innalzamenti superiori anche di alcuni metri a quelli dovuti alla marea. Il fenomeno è noto in molte località costiere e può causare danni gravissimi; ne è un esempio l' "acqua alta" dell'Adriatico settentrionale a Venezia.
Le correnti marine
Le correnti possono essere paragonate ad immensi fiumi che scorrono in seno al mare. Costituiti da masse d'acqua di densità diversa, questi fiumi marini non si mescolano tra loro ma scorrono a lungo l'uno accanto all'altro, sopra e sotto, seguendo una direzione quasi costante e con una caratteristica velocità. Le correnti marine si distinguono dalle acque circostanti sia per la temperatura che per la salinità, ed a volte anche per il colore e le concentrazioni di materiali sospesi. Esistono molti tipi di correnti marine: costiere, di mare aperto, superficiali e di profondità, stabili o stagionali, ecc.. I gruppi omogenei di correnti marine danno luogo alle circolazioni globali degli oceani e dei bacini chiusi come il Mediterraneo fino a quelle a scala regionale come la circolazione del mare Adriatico e locale delle baie, dei porti, degli stretti, ecc… La circolazione generale dell'Adriatico si muove in senso antiorario. Le acque provenienti dalla Grecia risalgono verso nord lungo le coste della Iugoslavia e ridiscendono lungo la costa italiana. Oltre alla circolazione generale vi sono molte celle di circolazione litorale (costiera) che agiscono, per così dire, da cuscinetto di compensazione tra il profilo terrestre della costa e la circolazione marina generale. Queste celle di circolazione costiera possono essere lunghe sino ad un centinaio di km e possono girare sia in senso orario che antiorario. A scala ancora più piccola vi sono infine le correnti rip currents, correnti costiere che portano verso il mare aperto e che sono generate dall'arrivo complessivo del moto ondoso e dell'acqua da esso spostata del mare aperto verso la costa. Un ottimo esempio per immaginare una corrente marina è quello della foce di un fiume dove le acque dolci hanno un colore nettamente diverso da quelle del mare. I fenomeni in realtà sono molto più complessi, ma comunque i fattori in gioco sono gli stessi: densità, temperatura, pressione, forza di Coriolis (forza esercitata particelle d'acqua nell'ambito delle circolazioni marine ed atmosferiche generata dalla rotazione terrestre), latitudine, profilo costiero, vento e marea.
