OCEANOGRAFIA: STORIA, CAMPO DI STUDIO, BRANCHE E RICERCA - SCIENZA - 2025

L' oceanografia è la scienza che studia gli oceani ei mari nel loro aspetto fisico, chimico, geologico e biologico. La conoscenza degli oceani e dei mari è essenziale, poiché secondo teorie accettate i mari sono il centro di origine della vita sulla Terra.

La parola oceanografia deriva dal greco okeanos (acqua che circonda la terra) e graphein (descrivere), ed è stata coniata nel 1584. È usata come sinonimo di oceanologia (studio dei corpi idrici), usata per la prima volta nel 1864.

Nave oceanografica e veicolo autonomo, a Lorne, in Scozia. Fonte: StifynTonna, da Wikimedia Commons

Ha iniziato a svilupparsi dall'antica Grecia con le opere di Aristotele. Successivamente, nel XVII secolo Isaac Newton realizzò 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. Presi insieme, questi rami di studio ci consentono 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. Allo stesso modo, è stato interessante lo studio degli ecosistemi presenti nelle trincee marine.

Storia

Gli inizi

Fin dalle sue origini, l'essere umano ha avuto una relazione con i mari e gli oceani. I suoi primi approcci alla comprensione del mondo marino furono pratici e utilitaristici, in quanto fonte di cibo e canali di comunicazione.

I marinai erano interessati a fissare le rotte marittime mediante l'elaborazione di carte di navigazione. Allo stesso modo, all'inizio dell'oceanografia era di grande importanza conoscere il movimento delle correnti marine.

In campo biologico, già nell'Antica Grecia, il filosofo Aristotele descrisse 180 specie di animali marini.

Alcuni dei primi studi teorici oceanografici sono dovuti a Newton (1687) e Laplace (1775), che studiarono le maree superficiali. Allo stesso modo, navigatori come Cook e Vancouver fecero importanti osservazioni scientifiche alla fine del XVIII secolo.

XIX secolo

Il padre dell'oceanografia biologica è considerato il naturalista britannico Edward Forbes (1815-1854). Questo autore è stato il primo a condurre indagini sul biota marino a diverse profondità. Pertanto, sono stato in grado di determinare che gli organismi erano distribuiti in modo diverso a questi livelli.

Molti altri scienziati dell'epoca diedero importanti contributi all'oceanografia. Tra questi, Charles Darwin è stato il primo a spiegare l'origine degli atolli (isole dell'oceano corallino), mentre Benjamin Franklin e Louis Antoine de Bougainville hanno contribuito alla conoscenza delle correnti marine rispettivamente del Nord e del Sud Atlantico.

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 registri di navigazione della nave.

Mathew Fontaine. Fonte: Maury Brendann, tramite Wikimedia Commons

Durante questo periodo iniziarono ad essere organizzate spedizioni marittime per scopi scientifici. La prima di queste era quella della nave inglese HMS Challenger, guidata dallo scozzese Charles Wyville Thomson. Questa nave navigò dal 1872 al 1876, ei risultati ottenuti in essa sono contenuti in un'opera di 50 volumi.

XX secolo

Durante la seconda guerra mondiale, l'oceanografia ebbe una grande applicabilità per pianificare la mobilitazione di flotte e sbarchi. Da lì è nata la ricerca sulla dinamica delle onde, la propagazione del suono nell'acqua, la morfologia costiera, tra gli altri aspetti.

Nel 1957 fu celebrato l'Anno Geofisico Internazionale, che ebbe grande rilevanza nella promozione degli studi oceanografici. Questo evento è stato decisivo per promuovere la cooperazione internazionale nella conduzione di studi oceanografici in tutto il mondo.

Nell'ambito di questa cooperazione, nel 1960 fu effettuata una spedizione sottomarina congiunta tra la Svizzera e gli Stati Uniti; il batiscafo (piccola nave da immersione) Trieste ha raggiunto una profondità di 10.916 metri nella Fossa delle Marianne.

Bathyscaphe Trieste. Fonte: vedi la pagina per l'autore, tramite Wikimedia Commons.

Un'altra importante spedizione subacquea fu effettuata nel 1977 con il sommergibile statunitense Alvin. Questa spedizione ha permesso di scoprire e studiare i prati idrotermali di acque profonde.

Infine, vale la pena sottolineare il ruolo del comandante Jacques-Yves Cousteau nella conoscenza e diffusione dell'oceanografia. Cousteau ha diretto per molti anni la nave oceanografica francese Calypso, dove sono state effettuate numerose spedizioni oceanografiche. Allo stesso modo, in campo informativo, sono stati girati vari documentari che compongono la serie nota come The Underwater World di Jacques Cousteau.

Campo di studi

Il campo di studio dell'oceanografia comprende tutti gli aspetti degli oceani e dei mari del mondo, comprese le aree costiere.

Gli oceani ei 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, unite alle forze astronomiche e climatiche che la influenzano, ne determinano le caratteristiche peculiari.

Ci sono tre grandi oceani sul pianeta; Pacifico, Atlantico e Indiano. Questi oceani sono interconnessi e separano 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'Oceano Indiano separa l'Africa dall'Asia nell'area vicino all'India.

I bacini oceanici iniziano sulla costa associata alla piattaforma continentale (parte sommersa dei continenti). L'area della piattaforma raggiunge la profondità massima di 200 me termina in un ripido pendio che si collega con il fondo del mare.

Il fondo oceanico ha montagne con un'altezza media di 2000 m (creste) e un solco centrale. Da qui proviene il magma proveniente dall'astenosfera (strato interno della terra formato da materiali viscosi), che si deposita e forma il fondo oceanico.

Filiali dell'oceanografia

L'oceanografia moderna è suddivisa in quattro rami di studio. Tuttavia, l'ambiente marino è altamente integrato e quindi gli oceanografi gestiscono queste aree senza diventare eccessivamente specializzati.

Oceanografia fisica

Questo ramo dell'oceanografia studia le proprietà fisiche e dinamiche dell'acqua negli oceani e nei mari. Il suo obiettivo principale è capire la circolazione oceanica e come il calore viene distribuito in questi corpi idrici.

Prendi in considerazione aspetti come la temperatura, la salinità e la densità dell'acqua. Altre proprietà rilevanti sono il colore, la luce e la propagazione del suono negli oceani e nei mari.

Questa branca dell'oceanografia studia anche l'interazione della dinamica atmosferica con le masse d'acqua. Inoltre, include il movimento delle correnti oceaniche a diverse scale.

Oceanografia chimica

Studia la composizione chimica delle acque e dei sedimenti marini, i cicli chimici fondamentali e le loro interazioni con l'atmosfera e la litosfera. Dall'altro, affronta lo studio delle alterazioni prodotte dall'aggiunta di sostanze antropiche.

Allo stesso modo, l'oceanografia chimica studia come la composizione chimica dell'acqua influenzi i processi fisici, geologici e biologici degli oceani. Nel caso particolare della biologia marina, interpreta come le dinamiche chimiche influenzano gli organismi viventi (biochimica marina).

Oceanografia geologica o geologia marina

Questo ramo è responsabile dello studio del substrato oceanico, compresi i suoi strati più profondi. Vengono affrontati i processi dinamici di questo substrato e la loro influenza sulla struttura del fondale marino e delle coste.

La geologia marina indaga la composizione mineralogica, la struttura e la dinamica dei diversi strati oceanici, in particolare quelli relativi 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 estremamente rilevante nel mondo moderno, per la grande importanza che ha per l'ottenimento di risorse minerarie.

Studi di prospezione geologica sui fondali marini stanno permettendo lo sfruttamento di giacimenti offshore, in particolare gas naturale e petrolio.

Oceanografia biologica o biologia marina

Questo ramo dell'oceanografia studia la vita marina, quindi comprende tutti i rami della biologia applicata all'ambiente marino.

Il campo della biologia marina studia sia la classificazione degli esseri viventi e dei loro ambienti, la loro morfologia e fisiologia. Inoltre, tiene conto degli aspetti ecologici che mettono in relazione questa biodiversità con il suo ambiente fisico.

Barriera corallina nelle Isole Andamane (India) Ritiks, da Wikimedia Commons

La biologia marina è divisa in quattro rami in base all'area dei mari e degli oceani che studi. Questi sono:

• Oceanografia pelagica : si concentra sullo studio degli ecosistemi presenti in acque aperte, lontane dalla piattaforma continentale.
• Oceanografia neritica : vengono presi in considerazione gli organismi viventi presenti nelle aree vicino alla costa, all'interno della piattaforma continentale.
• Oceanografia bentonica : riferita allo studio degli ecosistemi presenti sulla superficie dei fondali marini.
• Oceanografia demersale : vengono studiati gli organismi viventi che vivono in prossimità del fondo marino nelle zone costiere e all'interno della piattaforma continentale. È prevista una profondità massima di 500 m.

Ricerca recente

Oceanografia fisica e cambiamento climatico

Ricerche recenti includono quelle che valutano gli effetti del cambiamento climatico globale sulle dinamiche oceaniche. Ad esempio, è stato scoperto che il principale sistema di correnti oceaniche (la corrente atlantica) sta alterando le sue dinamiche.

È noto che il sistema delle correnti marine è generato dalle differenze di densità delle masse d'acqua, determinate principalmente dai gradienti di temperatura. Pertanto, 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 dei Caraibi dalla Corrente del Golfo e mentre si spostano a nord si raffreddano e affondano, tornando a sud. Secondo l'editoriale della rivista Nature (556, 2018), questo meccanismo è rallentato.

Si suggerisce che la decelerazione dell'attuale sistema sia dovuta al disgelo causato dal riscaldamento globale. Ciò fa sì che l'apporto di acqua dolce sia maggiore e la concentrazione di sali e la densità dell'acqua viene alterata, influenzando il movimento delle masse d'acqua.

Il flusso delle correnti contribuisce alla regolazione della temperatura mondiale, alla distribuzione di nutrienti e gas e la loro alterazione ha 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 dovuta all'effetto del livello di pH sulla vita marina.

I livelli di CO ₂ nell'atmosfera sono aumentati notevolmente negli ultimi anni a causa dell'elevato 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 sta influenzando negativamente la sopravvivenza di molte specie marine.

Nel 2016, Albright e colleghi hanno condotto il primo esperimento di acidificazione degli oceani in un ecosistema naturale. In questa ricerca è emerso che l'acidificazione può ridurre la calcificazione dei coralli fino al 34%.

Geologia marina

Questo ramo dell'oceanografia ha studiato il movimento delle placche tettoniche. Queste placche sono frammenti di litosfera (strato esterno rigido del mantello terrestre) che si muovono sull'astenosfera.

Una recente ricerca, di Li e colleghi, pubblicata nel 2018, ha scoperto che le placche tettoniche di grandi dimensioni possono originarsi dalla fusione di placche più piccole. Gli autori fanno una classificazione di queste micropiastre in base alla loro origine e studiano la dinamica dei loro movimenti.

Inoltre, hanno scoperto che esiste un gran numero di micropiastre associate alle grandi placche tettoniche della Terra. È indicato che la relazione tra questi due tipi di placche può aiutare a consolidare la teoria della deriva dei continenti.

Oceanografia biologica o biologia marina

Negli ultimi anni, una delle scoperte più sorprendenti nella biologia marina è stata la presenza di organismi nelle trincee marine. Uno di questi studi è stato condotto nella trincea delle Isole Galapagos, mostrando un ecosistema complesso dove sono presenti numerosi invertebrati e batteri (Yong-Jin 2006).

Le trincee marine non hanno accesso alla luce solare data la loro profondità (2.500 metri sul livello del mare), quindi la catena trofica dipende da batteri chemiosintetici autotrofi. Questi organismi fissano la CO ₂ dall'idrogeno solforato ottenuto dagli sfiati idrotermali.

Le comunità di macroinvertebrati che popolano le acque profonde si sono rivelate molto diverse. Inoltre, si propone che la compressione di questi ecosistemi fornirà informazioni rilevanti per chiarire l'origine della vita sul pianeta.

Riferimenti

1. Albright et al. (2017). L'inversione dell'acidificazione degli oceani aumenta la calcificazione netta della barriera corallina. Natura 531: 362-365.
2. Caldeira K e ME Wickett (2003) Anthropogenic carbon and ocean pH. Natura 425: 365–365
3. Editoral (2018) Guarda l'oceano. Natura 556: 149
4. Lalli CM e TR Parsons (1997) Oceanografia biologica. Un introduzione. Seconda edizione. The Open University. ELSEVIER. Oxford, Regno Unito. 574 p.
5. Li S, Y Suo, X Lia, B Liu, L Dai, G Wang, J Zhou, Y Li, Y Liu, X Cao, I Somerville, D Mu, S Zhao, J Liu, F Meng, L Zhen, L Zhao , J Zhu, S Yu, Y Liu e G Zhang (2018) Microplate tectonics: new insights from micro-block in the global oceans, continental margin and deep mantle Earth-Science Reviews 185: 1029-1064
6. Pickerd GL e WL Emery. (1990) Oceanografia fisica descrittiva. Un introduzione. Quinta edizione ampliata. Pergamon Press. Oxford, Regno Unito. 551 p.
7. Riley JP e R. Chester (1976). Oceanografia chimica. 2a edizione. Vol. 6. Academic Press. Londra, Regno Unito. 391 p.
8. Wiebe PH e MC Benfield (2003) Dalla rete Hensen verso l'oceanografia biologica quadridimensionale. Progressi in oceanografia. 56: 7–136.
9. Zamorano P e ME Hendrickx. (2007) Biocenosi e distribuzione dei molluschi di acque profonde nel Pacifico messicano: una valutazione dei progressi. Pp. 48-49. In: Ríos-Jara E, MC Esqueda-González e CM Galvín-Villa (a cura di). Studi su Malacologia e Conchiliologia in Messico. Università di Guadalajara, Messico.
10. Yong-Jin W (2006) Prese d'aria idrotermali di acque profonde: ecologia ed evoluzione J. Ecol Field Biol. 29: 175-183.