Il rompicapo delle maree: come funzionano davvero

Questo articolo fa parte di "Granelli di sabbia"

Divagazioni su processi, forme e tematiche ambientali della spiaggia. Una rubrica a cura del GNRAC.

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Fort Louvois, Nouvelle-Aquitaine, Francia: l’escursione di marea è di circa 5 metri.

Nell’antichità si narrava che Aristotele si fosse lasciato annegare nello Stretto di Euripo, che separa l’Eubea dalla terraferma, per la depressione a cui era andato soggetto non riuscendo a capire come funzionassero le maree, che in quel canale generano correnti fortissime. Ed è una fortuna che Recanati non sia sul mare, perché ve lo immaginate se Leopardi, che già un po’ depresso lo era, alla domanda “Che fai tu, luna, in ciel …?” avesse avuto come risposta “Faccio le maree!”, quante belle poesie ci saremmo persi? Ma anch’io, con il cervello assai meno efficiente di quello di Aristotele, non riesco a credere che la Luna faccia sollevare l’acqua; tant’è che non ho mai visto piovere dal basso verso l’alto, neppure nelle notti di luna piena (che sarebbe dietro alle nuvole, ovviamente!). Quindi anche voi, se non lo capite, non preoccupatevi e godetevi tranquillamente questo spettacolo che, su alcune coste, si presenta maestoso ogni… 12 o 24 ore?

Che la Luna lo zampino ce lo metta è evidente, perché i cicli mareali sono cadenzati con un periodo che non è esattamente quello di rotazione della Terra rispetto alle stelle fisse, bensì rispetto alla posizione al nostro satellite: 24 ore e 50 minuti. Un po’ di più della durata del giorno terrestre, perché nel frattempo la Luna si sposta.

Partiamo con la marea semidiurna, quella che ha un’alta e una bassa distanziate di 12 ore e 25 minuti. Per capire come funziona, bisogna guardare la Terra dall’alto stando sopra a un polo, per esempio quello nord (N nella figura qua sotto), e pensare a un pianeta completamente ricoperto dall’acqua. Vedremmo allora che questa sfera liquida presenta due lobi, uno in direzione della Luna e uno nella direzione opposta. Immaginiamo che la Terra giri attorno al proprio asse senza trascinare l’acqua: un punto che si trova nella posizione P1, sotto al lobo della marea diretta, dopo 12 ore e 25 minuti occuperà la posizione P2, sotto al lobo della marea opposta. Abbiamo quindi spiegato la marea semidiurna! Si, ma i lobi chi li crea?

La marea diretta è creata dalle forze di attrazione della Luna, mentre quella opposta dalla forza centrifuga del sistema binario Terra-Luna che ruota attorno al centro di massa comune C.

Ricominciamo dalla marea opposta, che – se fosse solo per l’attrazione lunare – non dovrebbe esistere. Siccome la Terra e la Luna formano un sistema binario (come alcune stelle), entrambe ruotano attorno a un centro di massa comune (C), come indicato dalla freccia circolare tratteggiata rossa. Ebbene, O è il punto sulla superficie terrestre che si trova più lontano dal centro di rotazione ed è soggetto a una forza centrifuga più forte, che si oppone (in minima parte) all’attrazione gravitazionale della Terra sulle particelle d’acqua quel tanto che basta a creare un leggero rigonfiamento!

Quando avevamo il giradischi potevamo mettere un oggetto (spesso il dischetto di conversione 33-45 giri) vicino al perno centrale per sperimentare che non veniva sparato fuori, mentre se lo mettevamo vicino al bordo, schizzava subito via. Ecco dimostrato che la forza centrifuga è tanto maggiore quanto più ci si allontana dal centro di rotazione. Ma dall’altra parte (punto D) siamo più vicini al centro di rotazione; perché anche lì la superficie del mare s’innalza? Ebbene, questa volta bisogna tirare in ballo l’attrazione lunare, ma non come l’abbiamo sempre pensata. E anche in questo caso prendiamo un esempio dalla vita quotidiana.

Sollevare un’auto per una persona è impossibile, ma forse è capace di spingerla in folle su di una pendenza impercettibile, e quindi innalzarla di quota; immaginate poi se non ci fossero deformazioni delle gomme e attriti di vario genere: sarebbe un gioco da ragazzi! Ma la superficie del mare è orizzontale e l’acqua ha un attrito minimo; basta quindi una debole forza per farla scorrere. E dove? Verso la Luna! Il nostro satellite non ce la fa a sollevarla direttamente (come noi con un’auto), ma la fa scorrere accumulandola sotto di sé, dando luogo alla marea diretta. Per rappresentare questo fenomeno possiamo continuare a guardare la Terra da sopra a un polo, come abbiamo fatto prima, ma anche porci sopra all’equatore: il lobo lo vedremmo ugualmente. Nella figura sotto, le frecce rosse sulla superficie del mare indicano proprio questo flusso verso il punto D, dove è massima la marea diretta.

La Luna non solleva l’acqua del mare, ma la fa scorrere accumulandola sotto di sé, dando luogo alla marea diretta.

Una simile azione viene esercitata dal Sole, ben più grosso della Luna ma assi più distante, e l’ampiezza delle sue maree è circa la metà di quelle lunari. Avviene così che talvolta i due fenomeni si sommino e altre si contrastino; tutto dipende se Sole, Terra e Luna sono allineati (con Luna piena o Luna nuova) oppure formano un angolo di 90° (primo e ultimo quarto di Luna).

L’attrazione da parte del Sole nei confronti dell’acqua del mare può amplificare o ridurre la marea lunare: quando i tre corpi celesti sono allineati abbiamo la massima escursione di marea (maree sizigiali), mentre se sono disposti ad angolo retto, abbiamo la minima (maree di quadratura).

Nel primo caso si parla di marea sizigiale (una parola impronunciabile, che deriva dal greco e significa “sotto lo stesso giogo”, in pratica “accoppiati”) e nel secondo di marea di quadratura (fortunatamente più facile da capire e pronunciare!). Se le cose stessero così, forse Aristotele non si sarebbe suicidato, anche se la legge di gravitazione universale non la conosceva proprio. Il fatto è che spesso l’alta marea arriva quando la Luna non è alta in cielo, e in molte località le due maree hanno escursione molto diversa, per non parlare di dove vi è una sola alta e una sola bassa marea. E in alcuni punti in mezzo al mare non vi è marea, mentre vicino ad alcune coste può superare tranquillamente i 10 metri. Per calcolare questi valori si devono risolvere delle equazioni in cui, per essere pignoli, dovremmo porre alcune centinaia di parametri diversi… Ma per il momento fermiamoci qua, altrimenti si rischia di fare la fine di Aristotele!

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  1. Edoardo Russo says:

    Argomenti trattati, molto chiari; ho molto apprezzato il rispetto di logiche fisico-matematiche legate alle dinamiche dei corpi celesti; Probabilmente, sarebbe stato interessante inserire anche, nel contesto, sistemi di riferimento “inerziali e non inerziali”, soprattutto quando ci riferiamo ai moti di roto-traslazione in relazione al centro di massa del sistema accoppiato Terra-Luna… Grazie e complimenti.

  2. Enzo Pranzini says:

    Grazie Edoardo!
    In effetti sarebbe necessaria una trattazione più completa. Spesso si cerca di semplificare, ma poi sorge il dubbio che con quello che si è detto il lettore creda di aver capito, ma non gli abbiamo dato gli strumenti per capire realmente.
    Può essere significativa questa storia.
    Nella Commissione didattica del Comitato delle Associazioni Scientifiche Italiane facemmo un prova. Per un anno tutti leggevamo gli articoli delle riviste di divulgazione scientifica che allora uscivano in Italia e li commentavamo.
    L’astronomo diceva che non si capivano quelli di astronomia, il chimico quelli di chimica, io (geologo) quelli di geologia, il biologo quelli di biologia, e così via.
    L’opposto di quello che pensavamo!
    Alla fine capimmo che che ciascuno si rendeva conto che quato scritto non consentiva di capire l’argomento, cosa di cui il non esperto non si rendeva conto.

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