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Il Golfo di Napoli, lâestate e una storia da svelare
La piccola motonave Vettoria naviga a velocitĂ costante puntando il largo. Ă salpata solo pochi minuti fa dal porto di Napoli e si dirige verso un punto geografico ben preciso, proprio di fronte al lungomare della cittĂ . Il mare ha il colore del cielo, ma di una sfumatura piĂš scura di azzurro. Il sole viene su dalla penisola sorrentina, ammorbidendo la pelle degli scienziati che, tenuta scoperta dagli abiti estivi, a tratti si accappona per il contatto con lâaria in movimento durante la navigazione, in questa radiosa mattina dâestate.
Siamo nel Golfo di Napoli, nella parte meridionale e occidentale della penisola italiana (figura 1.1). Il golfo è una profonda baia i cui canyon raggiungono profonditĂ abissali, pari a circa mille metri al di sotto del livello del mare. Si apre sul mar Tirreno ed è delimitato da due penisole e dal monte Vesuvio, un vulcano attivo ma silente. Le isole dâIschia, Procida e Capri chiudono parzialmente lâorizzonte del golfo in corrispondenza dei settori geografici nordoccidentale e sudorientale.
I motori della Vettoria rallentano man mano che la motonave posiziona la propria prua sulla coordinata geografica che si trova a 40°48.5Ⲡdi latitudine nord e 14°15Ⲡdi longitudine est allâincirca a due miglia dalla costa, dove il mare è profondo circa 75 metri.
Questo punto geografico è la stazione di ricerca ecologica di lungo termine MareChiara, attiva dal 1984. A quellâepoca, un pugno di ricercatori della Stazione Zoologica Anton Dohrn, la cui sede centrale è proprio a Napoli, intraprese una ricerca sul mare che continua ancora oggi, in unâarea vicina alla costa ma allo stesso tempo proiettata verso il mare aperto. Alla sua fondazione, il nome che fu dato a quella ricerca era frutto della crasi tra le parole âmareâ e âChiaraâ, la figlia di uno di quegli scienziati fondatori, che nasceva nello stesso anno.
Figura 1.1 La costa che circonda il Golfo di Napoli, che misura in linea dâaria meno di cinquanta chilometri, rappresenta una delle terre piĂš popolose dâEuropa. Lâarea in grigio indica lâestensione dellâarea metropolitana di Napoli.
Giunti al punto di campionamento, rilevato attraverso il GPS della nave, un argano montato a poppa cala in mare un grosso dispositivo, una sorta di gabbia cilindrica chiamata Rosette (figura 1.2). Nella parte esterna della Rosette sono montati dei cilindri di materiale plastico, lunghi circa un metro, dal volume di una decina di litri e aperti a entrambe le estremitĂ . Si tratta di bottiglie oceanografiche del modello Niskin, provviste di un sistema di chiusura controllato da una consolle a bordo della nave. Servono a campionare lâacqua a profonditĂ specifiche. Sul fondo della Rosette, in posizione centrale, si trova poi una sonda multiparametrica, che misura le condizioni ambientali della colonna dâacqua, dalla superficie al fondo.
Figura 1.2 La motonave Vettoria e la sua Rosette.
Man mano che la Rosette viene calata, sullo schermo del computer di bordo, collegato alla sonda multiparametrica, compaiono delle linee colorate in un grafico corredato da diverse scale graduate (figura 1.3). Sul lato verticale di questo grafico è indicata la profonditĂ . Sul lato orizzontale, invece, si trovano le scale che indicano i parametri ambientali, come la temperatura e la salinitĂ dellâacqua, misurate dalla sonda nel suo percorso verso il fondo del mare. I valori di questi parametri disegnano dei tracciati sullo schermo, raccontando in tempo reale lo stato della colonna dâacqua. Ogni tracciato produce un grafico, a tratti dritto, a tratti curvo, ondulato, zigzagato, che è detto profilo verticale. In pratica, è come se disegnassimo una persona di profilo ricalcandone la sagoma da un solo lato, quello del viso e della pancia.
Figura 1.3 Profili tracciati da una sonda multiparametrica durante una giornata estiva, nel Golfo di Napoli.
Guardiamo meglio questo grafico, cominciando dal tracciato relativo alla temperatura. Dallâalto verso il basso, questo tracciato parte dai valori piĂš alti della scala, intorno ai 25 °C, scende dritto per circa 5 metri di profonditĂ , quindi disegna una brusca deviazione verso valori piĂš bassi della scala e torna a decrescere lentamente verso il fondo del mare, fino a raggiungere una temperatura che si assesta sui 15 °C. Lo strato superficiale a temperatura quasi omogenea è detto strato rimescolato superficiale; invece, lo strato entro cui si osserva una brusca variazione di temperatura è detto termoclino.
Per comprendere la forma del tracciato della temperatura, dobbiamo fare un piccolo passo indietro, facendo qualche accenno alla fisica dei fluidi. Il mare scambia continuamente calore con lâatmosfera e il calore si trasmette verticalmente tra i diversi strati dâacqua. Il termoclino si forma perchĂŠ, man mano che si scende verso il fondo del mare, lâatmosfera è piĂš lontana e il calore viene trasferito piĂš lentamente.
In estate, la colonna dâacqua si stratifica al massimo grado e il termoclino ha la sua massima estensione. Tuttavia, la superficie viene continuamente rimescolata dalla brezza, che gli trasmette energia di movimento; per via dei frequenti scambi di calore con lâatmosfera legati al ciclo giorno-notte, lâacqua superficiale si riscalda e si raffredda continuamente e va su e giĂš come un pendolo. In estate, quindi, la colonna dâacqua è divisa in tre porzioni principali: uno strato rimescolato superficiale, un termoclino e, al di sotto di questâultimo, uno strato profondo a temperatura costante.
Le differenze di temperatura che si ritrovano nel mare lungo la dimensione verticale rendono stabile la colonna dâacqua, limitando il rimescolamento verticale. Ciò è vero soprattutto dâestate, quando il riscaldamento della superficie del mare è maggiore e le condizioni meteo-marine migliorano rispetto alla primavera. Con lâarrivo dellâautunno e poi dellâinverno, lo strato rimescolato superficiale si approfondisce e spinge sempre piĂš in basso il termoclino, fino a raggiungere il fondo del mare al termine dellâinverno, quando la temperatura è la stessa lungo tutta la colonna dâacqua (box Il ciclo annuo della temperatura lungo la colonna dâacqua). Ciò però avviene solo nei bassi fondali costieri; in mare aperto e a grande profonditĂ , invece, la colonna dâacqua può rimescolarsi solo fino a una certa profonditĂ , intorno ai 100 metri, alle nostre latitudini.
Il ciclo annuo della temperatura nella colonna dâacqua
Quello che avviene al mare lungo la dimensione verticale è quanto di piÚ regolare possa esserci nel Golfo di Napoli, comportandosi in maniera analoga a ciò che avviene in altre aree mediterranee e subtropicali.
Durante lâautunno, il mare cede calore allâatmosfera, lâacqua superficiale si raffredda e diventa piĂš densa e pesante rispetto alle acque piĂš profonde e comincia a muoversi verso il basso: ciò innesca il contromovimento dellâacqua profonda, che si sposta dal basso verso lâalto. Questi moti convettivi si ripetono nel corso della stagione invernale, rimescolando lâacqua del mare.
Viceversa, in primavera, il mare assorbe calore dallâatmosfera e le acque superficiali diventano via via meno dense di quelle profonde: questo processo termina con la stratificazione verticale, dovuta alla sovrapposizione di strati a diversa densitĂ . A contatto con lâatmosfera, lo strato dâacqua superficiale continua però a riscaldarsi e a rimescolarsi verticalmente e ciò fa sĂŹ che questo diventi omogeneo sul piano della densitĂ , che rimane comunque inferiore a quella degli strati piĂš profondi. Per via del riscaldamento della superficie durante lâestate, lo strato rimescolato superficiale ha una profonditĂ che arriva a ridursi molto e che oscilla tra i 5 e i 10 metri, quando la temperatura della superficie del mare è in media pari a circa 25 °C.
Al di sotto dello strato superficiale, troviamo uno strato detto termoclino, che è in realtĂ lâinsieme di piĂš strati dâacqua sovrapposti, caratterizzati da densitĂ maggiori e temperature inferiori man mano che si procede verso il fondo del mare. Il termoclino è una sorta di barriera di densitĂ che impedisce alle particelle dâacqua superficiali e profonde di venire a contatto. Al di sotto del termoclino, lâacqua ha una temperatura che si aggira intorno ai 15 °C, durante il lungo periodo che va da aprile a ottobre. Da novembre in poi, il raffreddamento progressivo del mare fa sĂŹ che lâacqua superficiale cominci a âerodereâ il termoclino, spingendosi sempre piĂš in profonditĂ , finchĂŠ la colonna dâacqua non ritorna a essere completamente rimescolata, e omogenea rispetto alla temperatura, durante la stagione invernale.
Tornando al grafico che abbiamo chiamato profilo verticale, un secondo tracciato descrive lâandamento della salinitĂ , che è lâinverso di quello della temperatura. Negli ultimi giorni ha piovuto molto sul Golfo di Napoli e lâacqua piĂš dolce, proveniente dalla costa, è scivolata verso il largo ed è arrivata alla stazione MareChiara, sovrapponendosi allâacqua piĂš salata, di origine marina. Lâacqua dolce fa mostra di sĂŠ allâinterno del grafico generale: la salinitĂ nello strato rimescolato superficiale è piĂš bassa rispetto agli strati dâacqua sottostanti (figura 1.3).
Lo strato rimescolato superficiale è sempre un poâ meno salato di quello profondo, perchĂŠ in superficie arriva acqua dolce dal cielo, direttamente con la pioggia che cade sul mare e dalle terre emerse attraverso i fiumi o lo scorrimento di acqua piovana a partire dalla costa. Lâacqua dolce è meno densa di quella salata, perchĂŠ contiene meno sali minerali disciolti: per questo motivo si posiziona sempre al di sopra di quella del mare, a paritĂ di temperatura.
In definitiva, la stabilitĂ termica della colonna dâacqua durante lâestate fa sĂŹ che ci sia una vera e propria separazione fisica tra lo strato rimescolato superiore, che si estende per pochi metri di profonditĂ , e lâacqua che si trova oltre i 10 metri di profonditĂ al di sotto del termoclino. Le due acque, superficiale e profonda, non si mescolano mai, poichĂŠ il gradino di temperatura e salinitĂ fa sĂŹ che si sviluppi anche un gradino di densitĂ dellâacqua.
In effetti, la densitĂ dellâacqua di mare dipende soprattutto da due fattori, temperatura e salinitĂ . Se cresce la temperatura, lâacqua diventa meno densa perchĂŠ i legami chimici tra le molecole allâinterno del liquido sono meno compatti e le molecole di acqua occupano un volume maggiore. Viceversa, lâacqua piĂš fredda occupa meno spazio, perchĂŠ nello stesso volume di liquido ci stanno piĂš molecole. Nel computo della densitĂ però, oltre alla temperatura, nel mare si inserisce anche la salinitĂ , che è il contenuto complessivo di sali disciolti nellâacqua.
La vita marina in diretta
CosĂŹ come avviene per i profili della temperatura e della densitĂ , anche un terzo profilo forma un gradino lungo la colonna dâacqua (figura 1.3). Si tratta di una linea che parte da valori piĂš alti nella scala orizzontale e scende verso il basso del grafico seguendo lâandamento della temperatura e della densitĂ dellâacqua. Ă la fluorescenza, che è un indicatore della quantitĂ di pigmenti fotosintetici, come la clorofilla, contenuti nellâacqua di mare. La clorofilla è lo stesso composto chimico che colora le foglie delle piante e che permette agli organismi vegetali di assorbire la luce del sole e trasformarla in energia elettrica, col fine ultimo di realizzare una reazione meravigliosa: la fotosintesi clorofilliana.
La fotosintesi è una delle reazioni fondamentali della natura; è importantissima, perchĂŠ trasforma il carbonio da una forma inorganica, come lâanidride carbonica, a una forma organica, ovvero gli zuccheri. Il carbonio è il principale elemento chimico tra quelli di cui sono fatti gli esseri viventi. Inoltre, insieme agli zuccheri, la fotosintesi produce ossigeno, sul quale si basa il metabolismo della maggior parte delle forme di vita. Il processo di produzione della sostanza organica e dellâossigeno partendo dallâanidride carbonica viene detto produzione primaria, perchĂŠ è da qui che parte tutto il ciclo della vita. Ed è, questo, un affare biogeochimico a carattere planetario, che coinvolge ogni luogo dove la vita vegetale può insediarsi, purchĂŠ vi sia luce.
Il nostro profilo della fluorescenza ci dice quindi che, anche lĂ dove lâacqua è piĂš blu, lontano dalla costa, câè qualcosa dotato di clorofilla e che può fare fotosintesi, ovvero produrre materia organica e ossigeno. Quel âqualcosaâ è una foresta invisibile di organismi unicellulari la cui presenza in grandi concentrazioni può rendere lâacqua di varie sfumature di verde, marrone, rosso: il fitoplancton. Come se fossero foglie, nel fitto delle fronde di un albero, quelle cellule vegetali si distendono al sole, per captarne la luce. Lâacqua diventa verde, ma non solo, perchĂŠ in aggiunta alla clorofilla le cellule di fitoplancton posseggono anche altri pigmenti, dalle sfumature di colore che vanno dal giallo-marrone al rosso-porpora fino al blu.
Sul monitor della Vettoria appare evidente un segno della presenza di questa âforesta invisibile del mareâ: si tratta della fluorescenza rilasciata da quelle cellule in risposta al flash prodotto da uno strumento, il fluorimetro in situ, che è montato sulla nostra sonda multiparametrica. Il fitoplancton, in questa mattina dâestate, è praticamente tutto concentrato nel primo strato della colonna dâacqua, quello rimescolato. Infatti, giacchĂŠ la fotosintesi è possibile solo in presenza di luce, il fitoplancton è piĂš abbondante dove la luce permette di produrre la sostanza organica, che diventa la sostanza costitutiva di quegli esseri unicellulari.
Figura 1.4 Il ciclo annuo del fitoplancton nel Golfo di...