Bacino oceanico

Esplorazione dei bacini oceanici

Mappare le caratteristiche del bacino oceanico è stato difficile per diverse ragioni. In primo luogo, gli oceani non sono facili da percorrere; in secondo luogo, fino a tempi recenti la navigazione è stata estremamente rozza, così che le osservazioni individuali sono state solo vagamente correlate tra loro; e, infine, gli oceani sono opachi alla luce – cioè, il fondale profondo non può essere visto dalla superficie dell’oceano. La tecnologia moderna ha dato vita a navi da ricerca personalizzate, navigazione satellitare ed elettronica, e sofisticati strumenti acustici che mitigano alcuni di questi problemi.

La spedizione Challenger, organizzata dagli inglesi nel 1872-76, ha fornito la prima visione sistematica di alcune delle principali caratteristiche del fondo del mare. Gli scienziati a bordo della HMS Challenger determinarono la profondità dell’oceano per mezzo di scandagli a filo e scoprirono la dorsale medio-atlantica. Le draghe portarono alla luce campioni di rocce e sedimenti sul fondo del mare. Il progresso principale nella mappatura, tuttavia, non si verificò fino a quando non fu sviluppato il sonar all’inizio del XX secolo. Questo sistema per rilevare la presenza di oggetti sott’acqua attraverso l’eco acustica ha fornito ai ricercatori marini uno strumento molto utile, poiché il suono può essere rilevato su diverse migliaia di km nell’oceano (la luce visibile, in confronto, può penetrare solo 100 metri o giù di lì dell’acqua).

I sistemi sonar moderni includono l’ecoscandaglio multibeam Seabeam e il sonar a scansione GLORIA. Funzionano sul principio che la profondità (o distanza) del fondo marino può essere determinata moltiplicando la metà del tempo trascorso tra un impulso acustico in discesa e la sua eco per la velocità del suono in acqua di mare (circa 1.500 metri al secondo). Questi sistemi sonar multifrequenza permettono l’uso di diverse frequenze d’impulso per soddisfare diversi obiettivi scientifici. Impulsi acustici di 12 kilohertz (kHz), per esempio, sono normalmente impiegati per misurare la profondità degli oceani, mentre frequenze più basse – da 3,5 kHz a meno di 100 hertz (Hz) – sono utilizzate per mappare lo spessore dei sedimenti nei bacini oceanici. Frequenze molto alte di 100 kHz o più sono impiegate nel sonar a scansione laterale per misurare la struttura del fondale marino. Gli impulsi acustici sono normalmente generati da trasduttori piezoelettrici. Per determinare la struttura del sottofondo, gli impulsi acustici a bassa frequenza sono prodotti da esplosivi, aria compressa o implosione a getto d’acqua. I sistemi di sonar vicino al fondo, come il Deep Tow dello Scripps Institution of Oceanography (a La Jolla, Calif., USA), producono immagini ancora più dettagliate del fondo marino e della struttura del sottofondo. Il pacchetto Deep Tow contiene sia ecoscandagli che sonar a scansione laterale, insieme a strumenti geofisici associati, e viene trainato dietro una nave a bassa velocità da 10 a 100 metri (da 33 a 330 piedi) sopra il fondo del mare. Produce misure molto precise di caratteristiche su scala ancora più fine di quelle risolvibili con Seabeam e altri sistemi comparabili.

Un altro sistema strumentale degno di nota è ANGUS, una slitta fotografica trainata in profondità che può scattare migliaia di fotografie ad alta risoluzione del fondo del mare durante un solo giorno. È stato utilizzato con successo nel rilevamento di bocche idrotermali nei centri di diffusione. La sovrapposizione delle immagini fotografiche permette di costruire strisce fotomosaiche larghe da 10 a 20 metri (da 33 a 66 piedi) che rivelano dettagli dell’ordine dei centimetri.

Nella geologia marina moderna sono in uso tre grandi sistemi di navigazione. Questi includono sistemi elettromagnetici come il loran e i satelliti in orbita attorno alla Terra. Gli array di transponder acustici di due o più stazioni posizionate sul fondale marino a pochi chilometri di distanza l’una dall’altra sono utilizzati per navigare strumenti rimorchiati in profondità, sommergibili e, occasionalmente, navi da ricerca di superficie, quando viene condotta una mappatura dettagliata in piccole aree. Questi sistemi misurano la distanza tra il pacchetto di strumenti e i siti dei transponder e, usando una semplice geometria, calcolano correzioni accurate fino a pochi metri. Anche se i singoli transponder possono essere usati per determinare le posizioni relative all’array con grande accuratezza, la precisione della posizione dell’array stesso dipende da quale sistema viene impiegato per localizzarlo.

Satelliti in orbita attorno alla terra come Seasat e Geosat hanno scoperto alcune caratteristiche topografiche significative dei bacini oceanici. Seasat, lanciato nel 1978, portava in orbita un altimetro radar. Questo dispositivo è stato utilizzato per misurare la distanza tra il percorso del satellite e le superfici dell’oceano e dei continenti a 0,1 metri (0,3 piedi). Le misurazioni hanno rivelato che la forma della superficie dell’oceano è deformata dalle caratteristiche del fondo marino: massicce montagne sottomarine causano un rigonfiamento della superficie su di esse a causa dell’attrazione gravitazionale. Allo stesso modo, le deformazioni della superficie oceanica si verificano sopra le trincee di mare profondo. Utilizzando queste misurazioni satellitari della superficie dell’oceano, William F. Haxby ha calcolato il campo gravitazionale. La mappa di gravità risultante fornisce una copertura completa della superficie dell’oceano su una griglia 5′ per 5′ che rappresenta cinque miglia nautiche su ogni lato all’Equatore). Una copertura così completa non è disponibile dagli scandagli effettuati dalle navi. Poiché il campo di gravità sulla superficie dell’oceano è un indicatore altamente sensibile della topografia marina, questa mappa rivela varie caratteristiche precedentemente inesplorate, tra cui montagne sottomarine, creste e zone di frattura, mentre migliora il dettaglio su altre caratteristiche note. Inoltre, la mappa gravitazionale mostra un modello lineare di anomalie gravitazionali che tagliano obliquamente la grana della topografia. Queste anomalie sono più pronunciate nel bacino del Pacifico; sono apparentemente circa 100 km (circa 60 miglia) di diametro e circa 1.000 km (circa 600 miglia) di lunghezza. Hanno un’ampiezza di circa 10 milligrammi (0,001 per cento dell’attrazione gravitazionale della Terra) e sono allineate a ovest-nord-ovest, molto vicino alla direzione in cui la placca del Pacifico si muove sul mantello sottostante.