Esplorazioni vichinghe

Tra le antiche tradizioni dei Vichinghi, si può trovare il racconto di un fatto molto curioso in cui si era imbattuto l'antico popolo nordico di esperti navigatori. In talune occasioni, infatti, le loro navi incontravano in mare delle forti resistenze a proseguire sul loro cammino, nonostante ci fossero delle condizioni apparenti di mare calmo. Lo strano fenomeno fu poi chiamato acqua morta. Oggi sappiamo che esso non ha niente di strano, ma è solo una delle tante manifestazioni di onde interne che si creano in mare.
Generalmente, siamo abituati a pensare alle onde come fenomeni di superficie, che agiscono al confine tra l'acqua e l'aria in mare o in un lago. Ad esempio, è noto a tutti che lasciando cadere un sasso in un secchio d'acqua, sulla sua superficie si generano delle onde circolari che si propagano sulla superficie dell'acqua. Il meccanismo con cui ciò avviene è molto semplice e, allo stesso tempo, curioso. Infatti, contrariamente a quanto può apparire ad un occhio non tanto attento, quelle onde che si propagano nel secchio non trasportano via con loro l'acqua, ma sono solo delle manifestazioni della vibrazione in su e in giù dell'acqua. Un po' come quando sugli spalti dello stadio vediamo le “ole” create dai tifosi: rimanendo al loro posto, questi muovono solo avanti e indietro le loro mani; mentre la “ola” si propaga per tutto lo stadio, i tifosi non si spostano insieme con essa. Allo stesso modo, il sasso caduto in acqua mette in vibrazione l'acqua dove è caduto, e questa trasmette la sua energia alle parti adiacenti mediante un'onda, senza che avvenga uno spostamento di materia.

Ora, però, questo meccanismo non funziona solo sulla superficie dell'acqua al confine con l'aria, ma anche al confine tra due liquidi o, in generale, due fluidi che hanno diversa densità, come per esempio acqua e olio. Ci sono, ad esempio, in commercio dei giochini che mettono in evidenza tali onde, o dei filmati in rete che servono allo stesso scopo.

Queste sono, appunto, chiamate onde interne, poiché la loro massima ampiezza si ha al confine tra i due fluidi (ossia all'interno del mezzo), mentre tende ad annullarsi sia sul fondo che sulla superficie superiore.

 Naturalmente, maggiore è la differenza tra le densità e maggiore sarà l'effetto di propagazione (come nel caso acqua-aria), ovvero maggiore è la velocità con cui si propaga l'onda.Un fatto curioso è che onde interne possono manifestarsi anche in un solo fluido, se in questo si vengono a creare delle regioni con densità diverse. È questo il caso tipico che si presenta, ad esempio, negli oceani in prossimità delle coste continentali dove sfociano grandi fiumi che trasportano grandi masse di acqua dolce: regioni di acqua dolce si compenetrano con quelle di acqua salata, creando le condizioni di zone con diversa densità per la propagazione di onde interne. La figura qui sotto mostra, appunto, la mappa delle località dove si osservano onde interne negli oceani o, comunque, nei grandi mari.

La differenza di densità nello stesso fluido, tuttavia, può anche aversi per diversi altri fattori: in mare, per esempio, ci sono spesso regioni con temperature diverse, dovute al riscaldamento non uniforme da parte del Sole oppure all'influenza delle correnti marine. Dove la temperatura è minore, la densità è maggiore, e si possono allora creare delle condizioni per avere onde interne. Deve essere stato proprio questo il caso in cui si erano imbattuti i Vichinghi: se la loro nave si muoveva su uno strato di acqua (relativamente) più fredda o più dolce, la cui profondità era comparabile con quella della nave, allora ciò deve aver causato una scia di onde interne (allo stesso modo con cui il sasso creava onde superficiali) che dissipava parecchia energia e non permetteva alla nave di andare avanti.
Come ci si può accorgere, però, visivamente di queste onde interne? Le creste di tali onde, nell'approssimarsi alla superficie del mare, pur non essendo visibili su di essa, tuttavia ne alterano le proprietà di riflessione della luce che incide su di essa, e, oggi, immagini di onde interne possono essere facilmente catturate dai satelliti. Nella figura qui sotto, si possono osservare delle onde interne vicino alle coste del Perù, che si propagano in direzione (da sinistra a destra) diversa dalle usuali onde superficiali (in diagonale, dal basso verso l'alto).

A quanto pare, i primi ad osservare onde interne oceaniche furono gli astronauti americani nel loro tragitto verso la Luna, dei novelli Vichinghi!
L'effetto delle onde interne oceaniche, però, non è solo quello di divertire chi riesce ad osservarle: esse hanno anche una funzione molto importante nell'ecosistema marino. Infatti, la loro propagazione, soprattutto nel momento in cui si “infrangono” contro regioni di diversa densità (non necessariamente le coste), porta a fenomeni di turbolenza (come le scie bianche sul bagnasciuga o contro gli scogli) che mescola l'acqua marina. Questo mescolamento introduce nutrienti presenti nei fondali nella colonna d'acqua soprastante, fertilizzando così le diverse regioni marine e modificando conseguentemente la biologia locale. O, anche, allo stesso modo con cui onde interne si “opponevano” alla navigazione delle navi vichinghe, esse possono essere responsabili di una diversa distribuzione di energia attraverso gli oceani, “bloccando” delle correnti originate da maree. Comprendere come e dove questo avvenga negli oceani è, così, cruciale per la comprensione del sistema climatico globale.
Onde interne non si generano, però, solo in mare o nei liquidi, ma si possono avere anche nell'atmosfera, e queste si possono osservare quando esse producono alcune nuvole. Infatti, quando una certa massa di aria subisce una perturbazione di qualunque sorta, come un'onda, essa oscilla su e giù nell'atmosfera (come le mani dei tifosi allo stadio). Se, allora, è presente sufficiente umidità, si formeranno delle nuvole sulle creste fredde dell'onda, mentre nella parte discendente dell'onda le nuvole scompaiono a causa della temperatura un po' più elevata. Di conseguenza si formeranno delle fasce nuvolose alternate a fasce sgombre di nuvole chiaramente visibili, di cui un esempio è riportato nella figura qui sotto.

Se però pensate che questo sia un fenomeno molto più raro, vi sbagliate di grosso! Nella parte meridionale dell'Oceano Indiano vi è un gruppo di isole denominate isole Kerguelen, o anche isole della desolazione, che sono difficilmente visibili in immagini satellitari, ma la cui posizione è invece facilmente distinguibile proprio a causa della presenza di onde interne di forma simile a quella della scia creata da una nave in mare. Per rendersene conto basta dare un'occhiata all'immagine qui sotto: le isole si trovano all'inizio della “scia”.

Chissà quante altre cose avrebbero potuto scoprire i Vichinghi se fossero stati anche grandi navigatori del cielo!

S. Esposito, fisico