Le maree e la luna: come sono collegate e una seconda forza cosmica che influenza il loro comportamento
La marea è uno degli effetti più evidenti dell’azione della Luna sulla Terra. Ma ad esse contribuisce anche il Sole modulandone l’ampiezza durante il ciclo lunare. Vediamo il meccanismo fisico alla base di questo fenomeno.
Il periodico innalzamento e abbassamento del livello del mare, particolarmente evidente lungo le coste, è il noto fenomeno delle maree. E’ un fenomeno osservabile in tutte le località costiere del nostro pianeta, anche se interessa non solo le coste ma l'intera idrosfera. La sua ampiezza (differenza tra i livelli di alta e bassa marea) cambia nel tempo ma soprattutto da località a località.
Responsabile del fenomeno delle maree è la Luna. Ma anche il Sole gioca un suo ruolo nel renderle più o meno intense.
Spiegazione fisica del fenomeno delle maree
Per comprendere il fenomeno delle maree si deve tener presente che la Terra è soggetta all’azione di due forze opposte, entrambe legate alla presenza della Luna. Mentre queste due forze non producono effetti evidenti sulla crosta terrestre, in quanto solida, esse producono effetti visibili sugli oceani che, essendo fluidi, sono anche deformabili.
Una prima e più intensa forza è la forza gravitazionale con cui la Luna attrae a sé la Terra. Se questa forza non deforma sensibilmente la crosta terrestre, essa riesce invece a deformare gli oceani producendo un rigonfiamento proprio lungo la congiungente Terra-Luna.
Il rigonfiamento massimo si ha quando l’osservatore sulla Terra vede la Luna nel punto più alto sopra l’orizzonte.
La seconda forza meno intensa, ma comunque efficace, è la forza centrifuga dovuta alla rotazione della Terra attorno al comune centro di massa con la Luna.
Nel caso delle maree, la forza centrifuga è massima esattamente nell’emisfero della Terra opposto alla Luna, dove si crea un secondo rigonfiamento degli oceani.
La figura di sopra mostra uno schema semplificato dell’effetto di queste due forze sull’oceano.
Non una ma due maree al giorno
Poiché la Terra ruota attorno a sé stessa in 24 ore, durante le quali la posizione Terra-Luna rimane quasi invariata, le località costiere si trovano a passare in corrispondenza del primo rigonfiamento, che lo chiameremo gravitazionale, e dopo circa 12 ore in corrispondenza del secondo rigonfiamento, che chiameremo centrifugo.
Immaginando un osservatore sulle coste del mar Tirreno, egli osserverà l’arrivo del rigonfiamento (gravitazionale) che culminerà con l’alta marea (durante tale fase egli vedrà la Luna alta in cielo), poi osserverà il suo allontanamento che culminerà con la bassa marea (durante tale fase egli vedrà la Luna tramontare sotto l’orizzonte); poi osserverà l’arrivo del secondo rigonfiamento (centrifugo) che culminerà con l’alta marea (durante tale fase la Luna non sarà visibile essendo esattamente dall’altra parte della Terra), poi osserverà il suo allontanamento che culminerà con la bassa marea (durante tale fase egli vedrà la Luna sorgere sopra l’orizzonte).
Quindi, l’osservatore assisterà a due maree, una gravitazionale seguita a distanza di 12 ore (e 25 minuti poiché nel frattempo la posizione della Luna rispetto alla Terra è un po’ cambiata) da una seconda marea centrifuga.
All’intensità della marea contribuisce anche l’attrazione gravitazionale del Sole la quale anch'essa riesce a deformare gli oceani. Se la forza gravitazionale della Luna e quella del Sole si sommano (questo avviene quando Sole, Luna e Terra sono allineati, e cioè durante la fase di Luna nuova e di Luna piena) si avranno maree particolarmente alte, chiamate sizigiali o sigiziali o vive.
Se invece la Luna si trova in quadratura, cioè la congiungente Terra-Luna forma un angolo di 90 gradi con la congiungente Sole-Terra (sono le fasi lunari del primo e ultimo quarto), le forze gravitazionali di Luna e Sole si sovrappongono solo parzialmente e le maree avranno un’altezza minore, chiamate maree di quadratura o morte.
Poiché l’orbita della Luna attorno alla Terra è ellittica, ci sono epoche in cui la Luna è più vicina alla Terra (perigeo) per cui le maree sono ancor più intense ed epoche in cui la Luna è più lontana (apogeo) con maree meno intense.
La conformazione della costa e la distribuzione delle acque possono favorire o meno l’altezza delle maree. Quindi l’altezza delle maree cambia da località a località.
Ad esempio, sulle coste prospicienti il Mar Mediterraneo il livello delle maree generalmente non supera il mezzo metro. Invece, esiste in Canada una località, la baia di Fundy, in cui le maree possono superare anche i 15 metri.
Le popolazioni che vivono lungo le coste hanno da sempre prestato particolare attenzione al fenomeno delle maree. Conoscere anticipatamente orario e altezza della marea permette di pianificare numerose attività di navigazione, di pesca, ma anche di prevenzione.
Per citarne una per tutte si pensi quanto sia utile per chi vive a Venezia conoscere ora e ampiezza delle maree che determinano il fenomeno dell'acqua alta e l'allagamento della città.
Curiosità
Il continuo movimento di enormi masse d’acqua in seguito alle maree ha un effetto di frenamento della rotazione terrestre con conseguente aumento della durata del giorno.
Dall’analisi di fossili si stima che circa 400 milioni di anni fa la durata del giorno era di circa 21 ore, ossia la rotazione terrestre subisce un rallentamento medio di 0.027 secondi ogni 1000 anni.