Oceanografia: storia, campo di studi, rami ed esempi di ricerca
L'oceanografia è la scienza che studia gli oceani e i mari nei loro aspetti fisici, chimici, geologici e biologici. La conoscenza degli oceani e dei mari è fondamentale, poiché secondo le teorie accettate, i mari sono il centro di origine della vita sulla Terra.
La parola oceanografia viene dagli okeanos greci (acqua che circonda la terra) e graphein (per descrivere), ed è stata coniata nel 1584. È usata come sinonimo oceanologia (studio dei corpi idrici), usata per la prima volta nel 1864.
Ha cominciato a svilupparsi dall'antica Grecia con opere di Aristotele. Successivamente, nel diciassettesimo secolo, Isaac Newton fece i primi studi oceanografici. Da questi studi, vari ricercatori hanno dato importanti contributi allo sviluppo dell'oceanografia.
L'oceanografia è divisa in quattro rami principali di studio: fisica, chimica, geologia e biologia marina. Nel complesso, questi rami di studio ci permettono di affrontare in modo completo la complessità degli oceani.
La ricerca più recente in oceanografia si è concentrata sugli effetti del cambiamento climatico globale sulle dinamiche degli oceani. Inoltre, lo studio degli ecosistemi presenti nelle fosse marine è stato di interesse.
storia
Gli inizi
Dalla sua stessa origine, l'essere umano ha avuto una relazione con i mari e gli oceani. I suoi primi approcci alla comprensione del mondo marino erano pratici e utilitaristici, come fonte di cibo e canali di comunicazione.
I marinai erano interessati a fissare le rotte marittime attraverso l'elaborazione di carte nautiche. Allo stesso modo, all'inizio dell'oceanografia era molto importante conoscere il movimento delle correnti marine.
In campo biologico, già nell'antica Grecia, il filosofo Aristotele descriveva 180 specie di animali marini.
Alcuni dei primi studi oceanografici teorici sono dovuti a Newton (1687) ea Laplace (1775), che hanno studiato le maree di superficie. Allo stesso modo, navigatori come Cook e Vancouver fecero importanti osservazioni scientifiche alla fine del diciottesimo secolo.
19 ° secolo
Si ritiene che il padre dell'oceanografia biologica fosse il naturalista britannico Edward Forbes (1815-1854). Questo autore è stato il primo a realizzare campionamenti di biota marina a diversi livelli di profondità. Quindi, posso determinare che gli organismi sono stati distribuiti diversamente a questi livelli.
Molti altri scienziati del tempo hanno dato importanti contributi all'oceanografia. Tra questi, Charles Darwin è stato il primo a spiegare come sono nati gli atolli (isole oceaniche coralline), mentre Benjamin Franklin e Louis Antoine de Bougainville hanno contribuito alla conoscenza delle correnti marine del Nord e del Sud Atlantico, rispettivamente.
Mathew Fontaine Maury era uno scienziato nordamericano considerato il padre dell'oceanografia fisica. Questo ricercatore è stato il primo a raccogliere sistematicamente dati oceanici su larga scala. I loro dati sono stati ottenuti principalmente dai record di navigazione della nave.
Durante questo periodo iniziarono ad essere organizzate spedizioni marittime per scopi scientifici. Il primo fu la nave inglese HMS Challenger, guidata dallo scozzese Charles Wyville Thomson. Questa nave navigò dal 1872 al 1876, e i risultati ottenuti in esso sono contenuti in un'opera di 50 volumi.
20 ° secolo
Durante la seconda guerra mondiale, l'oceanografia ebbe una grande applicabilità per pianificare la mobilitazione di flotte e atterraggi. Da questa ricerca sono emerse le dinamiche delle onde, la propagazione del suono nell'acqua, la morfologia costiera e altri aspetti.
Nel 1957 fu celebrato l'Anno geofisico internazionale, che ebbe grande importanza nel promuovere studi oceanografici. Questo evento è stato decisivo per promuovere la cooperazione internazionale nella realizzazione di studi oceanografici in tutto il mondo.
Nell'ambito di questa cooperazione, nel 1960 è stata effettuata una spedizione sottomarina congiunta tra la Svizzera e gli Stati Uniti; il batiscafo (piccola imbarcazione da immersione) Trieste raggiunse la profondità di 10.916 metri nelle trincee delle Marianne.
Un'altra importante spedizione sottomarina è stata fatta nel 1977 con il sommergibile Alvin, proveniente dagli Stati Uniti. Questa spedizione ha permesso di scoprire e studiare i prati idrotermali di acque profonde.
Infine, il ruolo del comandante Jacques-Yves Cousteau nella conoscenza e nella diffusione dell'oceanografia è degno di nota. Cousteau ha diretto per molti anni la nave oceanografica francese Calypso, dove sono state effettuate numerose spedizioni oceanografiche. Inoltre, nel campo informativo, sono stati girati diversi documentari che componevano la serie conosciuta come The Coastal World di Jacques Cousteau .
Campo di studio
Il campo di studio dell'oceanografia copre tutti gli aspetti relativi agli oceani e ai mari del mondo, comprese le zone costiere.
Oceani e mari sono ambienti fisico-chimici che ospitano una grande diversità di vita. Rappresentano un ambiente acquatico che occupa circa il 70% della superficie del pianeta. L'acqua e la sua estensione, oltre alle forze astronomiche e climatiche che la influenzano, determinano le sue particolari caratteristiche.
Ci sono tre grandi oceani sul pianeta; il Pacifico, l'Atlantico e l'Indiano. Questi oceani sono interconnessi e separano le grandi regioni continentali. L'Atlantico separa l'Asia e l'Europa dall'America, mentre il Pacifico divide l'Asia e l'Oceania dall'America. L'indiano separa l'Africa dall'Asia nell'area vicina all'India.
I bacini oceanici iniziano sulla costa associati alla piattaforma continentale (parte sommersa dei continenti). L'area della piattaforma raggiunge una profondità massima di 200 me termina in una brusca pendenza che si collega al fondo marino.
Il fondo degli oceani ha montagne con un'altezza media di 2000 m (creste marine) e un solco centrale. Da qui emerge il magma proveniente dall'astenosfera (strato interno di terra formato da materiali viscosi), che deposita e forma il fondo oceanico.
Rami oceanografici
L'oceanografia moderna è suddivisa in quattro rami di studio. Tuttavia, l'ambiente marino è altamente integrato e pertanto gli oceanografi gestiscono queste aree senza raggiungere un'eccessiva specializzazione.
Oceanografia fisica
Questo ramo dell'oceanografia studia le proprietà fisiche e dinamiche dell'acqua negli oceani e nei mari. Il suo obiettivo principale è comprendere la circolazione oceanica e il modo in cui il calore viene distribuito in questi corpi idrici.
Prendi in considerazione aspetti quali temperatura, salinità, densità dell'acqua. Altre proprietà rilevanti sono il colore, la luce e la propagazione del suono negli oceani e nei mari.
Questo ramo dell'oceanografia studia anche l'interazione delle dinamiche atmosferiche con le masse d'acqua. Inoltre, include il movimento delle correnti marine a diverse scale.
Oceanografia chimica
Studia la composizione chimica delle acque marine e dei sedimenti, i cicli chimici fondamentali e le loro interazioni con l'atmosfera e la litosfera. D'altra parte, si occupa dello studio delle alterazioni prodotte dall'aggiunta di sostanze antropiche.
Inoltre, l'oceanografia chimica studia come la composizione chimica dell'acqua influisce sui processi fisici, geologici e biologici degli oceani. Nel caso particolare della biologia marina, interpreta come le dinamiche chimiche influiscono sugli organismi viventi (biochimica marina).
Oceanografia geologica o geologia marina
Questo ramo è responsabile dello studio del substrato oceanico, inclusi i suoi strati più profondi. Vengono affrontati i processi dinamici di questo substrato e la sua influenza sulla struttura del fondale e delle coste.
La geologia marina indaga la composizione mineralogica, la struttura e la dinamica dei diversi strati oceanici, in particolare in relazione alle attività vulcaniche sottomarine e ai fenomeni di subduzione coinvolti nella deriva dei continenti.
Le indagini condotte in questo campo hanno permesso di verificare gli approcci della teoria della deriva dei continenti.
D'altra parte, questo ramo ha un'applicazione pratica molto rilevante nel mondo moderno, a causa della grande importanza che ha per ottenere risorse minerarie.
Gli studi di prospezione geologica sul fondo marino stanno consentendo lo sfruttamento di depositi offshore, in particolare gas naturale e petrolio.
Oceanografia biologica o biologia marina
Questo ramo dell'oceanografia studia la vita marina, quindi copre tutti i rami della biologia applicata all'ambiente marino.
Il campo della biologia marina studia sia la classificazione degli esseri viventi che i loro ambienti, la loro morfologia e fisiologia. Inoltre, tiene conto degli aspetti ecologici relativi a questa biodiversità al suo ambiente fisico.
La biologia marina è divisa in quattro rami in base all'area dei mari e degli oceani che studia. Questi sono:
- Oceanografia pelagica : si concentra sullo studio degli ecosistemi presenti in acque aperte, lontano dalla piattaforma continentale.
- Oceanografia neritica : gli organismi vivi sono presi in considerazione nelle zone vicine alla costa, all'interno della piattaforma continentale.
- Oceanografia bentonica : si riferisce allo studio degli ecosistemi che si trovano sulla superficie del fondo marino.
- Oceanografia demersale : vengono studiati organismi viventi che vivono vicino al fondo marino nelle aree costiere e all'interno della piattaforma continentale. È prevista una profondità massima di 500 m.
Indagini recenti
Oceanografia fisica e cambiamenti climatici
Ricerche recenti mettono in evidenza quelle che valutano gli effetti del cambiamento climatico globale sulle dinamiche oceaniche. Ad esempio, è stato dimostrato che il sistema principale delle correnti oceaniche (la corrente atlantica) sta alterando le sue dinamiche.
È noto che il sistema delle correnti marine è generato da differenze di densità delle masse d'acqua, determinate principalmente da gradienti di temperatura. Quindi, le masse di acqua calda sono più leggere e rimangono negli strati superficiali, mentre le masse fredde affondano.
Nell'Atlantico, le masse di acqua calda si spostano a nord dai Caraibi attraverso la Corrente del Golfo e mentre si spostano verso nord si raffreddano e affondano, tornando a sud. Secondo l'editoriale della rivista Nature (556, 2018), questo meccanismo ha subito un rallentamento.
Si sostiene che la decelerazione del sistema attuale sia dovuta allo scioglimento causato dal riscaldamento globale. Ciò fa sì che l'apporto di acqua dolce sia maggiore e la concentrazione di sali e densità dell'acqua sia alterata, influenzando il movimento delle masse d'acqua.
Il flusso di correnti contribuisce alla regolazione della temperatura globale, alla distribuzione di nutrienti e gas, e la sua alterazione comporta gravi conseguenze per il sistema planetario.
Oceanografia chimica
Una delle linee di ricerca che attualmente occupa l'attenzione degli oceanografi è lo studio dell'acidificazione dei mari, principalmente dovuto all'effetto del livello di pH sulla vita marina.
I livelli di CO 2 nell'atmosfera sono aumentati bruscamente negli ultimi anni a causa dell'alto consumo di combustibili fossili da parte di varie attività umane.
Questa CO 2 si dissolve nell'acqua di mare, generando una diminuzione del pH degli oceani. L'acidificazione degli oceani influisce negativamente sulla sopravvivenza di numerose specie marine.
Nel 2016, Albright e collaboratori hanno condotto il primo esperimento di acidificazione degli oceani in un ecosistema naturale. In questa ricerca è stato dimostrato che l'acidificazione può ridurre la calcificazione dei coralli fino al 34%.
Geologia marina
In questo ramo dell'oceanografia, è stato studiato il movimento delle placche tettoniche. Queste piastre sono frammenti di litosfera (strato esterno e rigido del mantello terrestre) che si muovono sull'astenosfera.
Una recente indagine, condotta da Li e collaboratori, pubblicata nel 2018, ha scoperto che le grandi placche tettoniche possono essere originate dalla fusione di piastre più piccole. Gli autori fanno una classificazione di queste micropiastre in base alla loro origine e studiano le dinamiche dei loro movimenti.
Inoltre, scoprono che esiste un gran numero di micropiastre associate alle grandi placche tettoniche della Terra. È indicato che la relazione tra questi due tipi di piastre può aiutare a consolidare la teoria della deriva dei continenti.
Oceanografia biologica o biologia marina
Negli ultimi anni, una delle scoperte più eclatanti della biologia marina è stata la presenza di organismi nelle fosse marine. Uno di questi studi è stato condotto nella fossa delle Isole Galapagos, mostrando un ecosistema complesso in cui avvengono numerosi invertebrati e batteri (Yong-Jin 2006).
Le fosse marine non hanno accesso alla luce solare a causa della loro profondità (2.500 mslm), quindi la catena trofica dipende da batteri chemiotretici autotrofi. Questi organismi fissano la CO 2 dall'idrogeno solforato ottenuto dalle bocche idrotermiche.
È stato scoperto che le comunità di macroinvertebrati che popolano le acque profonde sono molto diverse. Inoltre, si propone che la comprensione di questi ecosistemi fornirà informazioni rilevanti per chiarire l'origine della vita sul pianeta.
