Le correnti oceaniche circolari

Generalità

Un vortice oceanico (gyre) è un sistema di correnti caratterizzato da un movimento circolare dell’acqua. In particolare, sono tre le forze fondamentali che determinano la formazione di un vortice:

i movimenti globali del vento;
la rotazione terrestre;
le masse continentali della Terra.

Il vento trascina la superficie delle acque nella medesima direzione in cui spira.

La rotazione terrestre devia la direzione delle correnti per effetto della forza di Coriolis, la quale, permette ai venti e alle correnti di creare dei modelli circolari le cui direzioni dipendono dall’emisfero in cui si trovano. Nell’emisfero settentrionale, infatti, le correnti oceaniche vengono deviate verso destra di circa 45°, con un movimento in senso orario mentre, nell’emisfero australe, vengono spinte verso sinistra sempre di circa 45° ma con un movimento antiorario (Fig. 1).

Infine, le masse continentali determinano una deviazione delle correnti superficiali nel momento in cui queste si scontrano con la terraferma. Si crea, quindi, una sorta di “ostacolo” che causa un’inversione della direzione della corrente interessata.

Immagine illustrativa della direzione delle correnti oceaniche nei due emisferi deviate per effetto della forza di Coriolis. — Figura 1 – Immagine illustrativa della direzione delle correnti oceaniche nei due emisferi. L’effetto Corolis, in particolare, è responsabile della creazione di modelli circolari la cui direzione dipende dall’emisfero in cui si trovano [Fonte: Corr enti oceaniche | Scienze della Terra | ISNCA].

Tipologie di correnti oceaniche

Con il termine “corrente oceanica” si intende un qualsiasi movimento di masse d’acqua persistente nel tempo, indotto da diverse cause e capace di mobilitare e trasportare importanti volumi.

Da un punto di vista oceanografico, le correnti marine possono essere classificate in due tipologie principali: superficiali e profonde.

Le correnti oceaniche superficiali

Le correnti oceaniche superficiali, le responsabili della formazione dei gyres oceanici, sono correnti che scorrono ad una profondità inferiore ai 200 metri e sono principalmente determinate da forze esterne come vento, gradiente termico e gradiente di salinità. Ad esempio, la corrente del Golfo e l’anticiclone delle Azzorre sono esempi di correnti oceaniche superficiali. Queste, trasportano calore dai tropici verso i poli influenzando la temperatura sulle regioni costiere e la formazione delle masse d’aria che causano i fenomeni meteorologici.

Le correnti oceaniche profonde

Le correnti oceaniche profonde sono correnti presenti ad una profondità superiore ai 200 metri e non sono determinate dal vento bensì dalla densità dell’acqua. Quest’ultima, a sua volta, è condizionata dalla temperatura e dalla salinità. Acque più salate e più fredde sono più dense rispetto alle acque calde e dolci. Di conseguenza, le acque fredde, tendono a sprofondare e a scorrere al di sotto dell’acqua più calda. Le correnti di questo tipo sono anche dette: correnti di gradiente o correnti di densità. Per tale motivo, la circolazione oceanica profonda è anche definita: circolazione termoalina (dal greco thermós: caldo e alós: sale ovvero causata dalla diversa temperatura e salinità).

Il grande nastro trasportatore oceanico

La circolazione termoalina incontra i gyres subtropicali e subpolari creando un fenomeno che coinvolge tutta la vita sulla terra. Il “Great Conveyor Belt” o grande nastro trasportatore, rappresenta la più lunga corrente nel mondo che si snoda in tutti gli angoli del pianeta.

Tale circuito mette in comunicazione le correnti oceaniche superficiali con quelle profonde permettendo la creazione di un ciclo unico. Dalle regioni polari, infatti, le acque superficiali fredde, salate e ad elevata densità, si inabissano fino a raggiungere il fondo oceanico. Tale movimento, richiama superficialmente altra acqua proveniente dalle latitudini inferiori. Pertanto, le acque calde e meno dense superficiali delle basse latitudini, galleggiando in superficie e vengono trasportate verso latitudini più elevate dove si raffreddano e affondano, ripetendo il ciclo (Fig. 2).

In questa unione, la corrente del Golfo svolge un ruolo fondamentale. Essa, infatti, rappresenta il ramo di ritorno della cella di circolazione atlantica trasferendo il calore dall’emisfero sud a quello nord.

Figura 2 – Il grande nastro trasportatore è un sistema globale di correnti che trasporta energia sotto forma di acqua calda nel mondo. Sono coinvolti gli strati profondi degli oceani di tutto il pianeta e assume nomi diversi a seconda delle regioni. La Corrente del Golfo, in particolare, sposta acqua e aria calda dai tropici al Nord Atlantico e rappresenta soltanto un ramo della più grande corrente oceanica globale. Il Great Conveyor Belt *riduce, quindi, le differenze di temperatura tra l’equatore e il polo mitigando il clima terrestre, soprattutto nella regione nordatlantica*. [Fonte: Aquae – Il futuro è nell’oceano – La dinamica degli oceani (cnr.it)].

Il trasporto di Ekman

Come detto in precedenza, a causa della rotazione terrestre, lo strato superficiale messo in moto dal vento viene deviato a destra rispetto alla direzione del vento nell’emisfero nord e verso sinistra nell’emisfero sud. Tranne che all’equatore, dove questo effetto è nullo, ogni strato oceanico messo in movimento dallo strato superiore, si incurva a causa della rotazione della Terra. Al di sotto delle correnti superficiali, l’effetto Coriolis si traduce in quella che viene chiamata una spirale di Ekman.

Condizioni ideali dei movimenti marini

In condizioni ideali, nell’emisfero nord, un vento costante che soffia su un oceano a profondità ed estensione illimitata, indurrebbe le acque superficiali a muoversi di 45 gradi a destra della direzione del vento. Ogni strato successivo si muove, quindi, verso destra e ad una velocità inferiore. A circa 100-150m di profondità, la spirale di Ekman ha compiuto circa meno di mezzo giro. Se si integra quindi l’intero flusso, il trasporto netto risultante è a 90° a destra rispetto alla direzione del vento (Fig. 3A – 3B).

Rappresentazione schematica della spirale di Ekman. — Figura 3A – Rappresentazione schematica della spirale di Ekman che descrive come la circolazione orizzontale del vento metta in moto la superficie oceanica. La velocità e la direzione del movimento dell’acqua cambiano all’aumentare della profondità [Fonte: Microsoft Word – L’Atlantico.doc (meteonetwork.it)].

Figura 3B – Rappresentazione vettoriale del trasporto di Ekman. Nell’ emisfero nord, lo strato oceanico superficiale si muove di 45 gradi a destra rispetto alla direzione del vento. Pertanto, il trasporto netto, che subisce l’effetto del vento lungo l’intera colonna d’acqua, è di 90 gradi a destra rispetto alla direzione del vento [Fonte: Microsoft Word – L’Atlantico.doc (meteonetwork.it )].

Le condizioni reali dei movimenti marini

I movimenti marini indotti dal vento, tuttavia, spesso differiscono sensibilmente dalle previsioni teoriche spiegate dalla spirale di Ekman. In acque poco profonde, ad esempio, la profondità è insufficiente per lo sviluppo dell’intera spirale, pertanto, l’angolo tra la direzione del vento e la corrente marina di superficie può essere anche di 15 gradi oppure, in presenza di un picnoclino (gradiente di densità), si verifica un’inibizione del trasferimento di energia cinetica verso gli strati oceanici più profondi. Il picnoclino crea, quindi, una sorta di confine di permeabilità per il trasporto di Ekman e per le correnti di superficie.

Tipologie di correnti circolari oceaniche (gyres)

Sulla Terra esistono tre tipologie principali di vortici oceanici:

Gyre subpolari.
Gyre tropicali;
Gyre subtropicali;

I primi, si formano nelle regioni polari del pianeta e si trovano al di sotto di un’area a bassa pressione atmosferica. Il vento, quindi, spinge le correnti in vortici subpolari lontano dalle zone costiere. Queste correnti superficiali vengono così “rimpiazzate” da acque fredde profonde e ricca di sostanze nutritive (upwelling). L’emisfero settentrionale presenta diversi vortici subpolari, delimitati da isole come l’Islanda, la Groenlandia e le Aleutine e le zone settentrionali della Scandinavia, dell’Asia e del Nord America.

I vortici tropicali, invece, si formano in prossimità dell’equatore lì dove l’effetto Coriolis non è presente e dove sono solo i venti i responsabili della creazione delle correnti. Per questo motivo, tali gyre, tendono a fluire in un modello più est-ovest (invece che circolare).

I gyres subtropicali

La maggior parte dei vortici del mondo sono i vortici subtropicali. Sul nostro globo terrestre, in particolare, se ne indentificano cinque (Fig. 4):

North Atlantic Gyre;
South Atlantic Gyre;
North Pacific Gyre;
South Pacific Gyre;
Indian Ocean Gyre.

I gyres subtropicali si formano tra le regioni polari ed equatoriali della Terra e circondano le aree sottostanti le regioni ad alta pressione atmosferica. Nello specifico, in queste zone, le acque sono prese a tenaglia tra gli alisei a sud e i venti occidentali a nord. Il trasporto di Ekman che risulta dall’azione dei due venti, induce ad una convergenza e, quindi, ad un innalzamento del livello delle acque creando una zona ad alta pressione. La sovrapposizione dovuta al peso della massa d’acqua accumulata, grazie alla forza di Coriolis, genera in profondità correnti ad andamento circolare. Tale forza, diretta verso il centro del rigonfiamento, è però compensata dalla forza di gradiente di pressione diretta verso l’esterno. Le due forze, quindi, si equilibrano (equilibrio geostrofico) e, in questo modo, si generano i gyres anticiclonici delle zone subtropicali.

Figura 4 – *I principali gyres subtropicali del pianeta. La direzione di rotazione dipende dall’emisfero (in senso orario nell’emisfero settentrionale, in senso antiorario nell’emisfero meridionale)* [Fonte: Cos’è un vortice? (noaa.gov)].

Il movimento dei gyres

Ogni gyre è costituito da una corrente più forte in corrispondenza del suo confine occidentale e da una corrente di confine orientale più debole.

In particolare, il North Atlantic Gyre, si sviluppa verso nord a partire dalla Corrente del Golfo che percorre la costa orientale degli Stati Uniti e che rappresenta il confine occidentale del vortice stesso. Il gyre si trasforma, poi, nella corrente del Nord Atlantico la quale scorre verso l’Europa. Muovendosi ancora secondo uno schema circolare, la corrente si sposta verso sud fino alla costa nord-occidentale dell’Africa e si trasforma nella corrente delle Canarie. Quest’ultima, rappresenta il confine orientale del vortice. Il gyre si completa quando la corrente equatoriale del Nord Atlantico attraversa l’Oceano Atlantico fino al Mar dei Caraibi.

La maggior parte dei vortici oceanici sono molto stabili. Ad esempio, il vortice dell’Oceano Atlantico settentrionale scorre sempre in senso orario. Tuttavia, alcuni vortici, possono subire delle variazioni stagionali. È il caso dell’Indian Ocean Gyre: costituito da un complesso sistema di correnti che si estende dalla costa orientale dell’Africa alla costa occidentale dell’Australia. In corrispondenza della porzione settentrionale del gyre, infatti, si sviluppa la corrente monsonica indiana la quale prende il nome dal vento che la determina: il monsone. Tale corrente, è soggetta ad un regime di variazione stagionale legato alle variazioni di pressione del vento. Durante l’inverno, il flusso oceanico che si origina nei pressi dell’arcipelago Indonesiano si dirige verso ovest fino a raggiungere il mar Arabico. Durante l’estate, invece, il flusso inverte la sua direzione scorrendo verso est dalla Somalia fino al golfo del Bengala (Fig. 5).

Temperatura nei gyres

La temperatura in un gyre oceanico dipende da molti fattori, tra cui la corrente (Fig. 5). La Corrente del Golfo e la corrente monsonica estiva, ad esempio, sono correnti calde. Sono riscaldate dalle calde acque tropicali del Mar dei Caraibi (Corrente del Golfo) e dell’Oceano Indiano equatoriale (corrente monsonica estiva). Al contrario, la corrente del Nord Atlantico e la corrente monsonica invernale sono correnti fresche poiché influenzate dai venti artici, dalle correnti oceaniche (Nord Atlantico) e dal monsone invernale che soffia dall’Himalaya (corrente monsonica invernale).

*Figura 5 – Le principali correnti oceaniche sulla Terra. Le correnti di acqua fredda sono indicate in blu mentre, le correnti di acqua calda in rosso* [Fonte: Correnti marine Immagini senza sfondo e Foto Stock ritagliate – Alamy].

Gyres: una trappola per i rifiuti

All’interno dei gyres non si accumula solo l’acqua. Infatti, in condizioni di scarsa circolazione delle acque, si creano situazioni stazionarie in cui detriti e rifiuti possono accumularsi per anni. Queste regioni sono denominate garbage patch. In particolare, l’Oceano Indiano, l’Oceano Atlantico settentrionale e l’Oceano Pacifico settentrionale hanno tutti patch di spazzatura di notevole estensione. Il movimento circolare dei gyres attira i detriti, per lo più costituiti da piccole particelle di plastica, che si fanno strada verso il centro del vortice dove rimangono intrappolati. Oceanografi ed ecologi sono preoccupati per le garbage patch in quanto, a differenza delle sostanze naturali, la plastica non si disintegra in sostanze organiche. Si scompone, infatti, in pezzi di plastica sempre più piccoli (microplastiche) che possono entrare nella catena alimentare concentrandosi sempre più attraverso ogni livello trofico della catena alimentare (biomagnificazione).