Fisica

Effetti di marea: “escursioni” meravigliose lungo le spiagge di Dublino

In una galassia lontana lontana… ah no! Dovevo parlare delle forze di marea a Dublino!

Beh effettivamente le forze di marea sono ovunque nell’universo, proprio come la forza di gravità della quale costituiscono un effetto secondario.

Tutti hanno esperienza delle maree relativamente al mare, ed è da questo fenomeno che le forze di marea prendono il nome, ma non tutti sanno che la forza di marea coinvolge ogni cosa… Anche gli astri!

Non lo sapevo nemmeno io che, ignara di tutto, pensavo di scrivere un semplice e spassoso articolo sulle spiagge di Dublino e invece, come spesso mi accade, mi sono ritrovata sommersa dalle formule matematiche e dispersa nello spazio infinito.

Quello che più mi ha colpito, nello studiare questo fenomeno, è stato che quanto più cercavo delle risposte, tante più domande venivano fuori. Ad ogni nuovo articolo trovato, pensavo di avvicinarmi alla soluzione, ma puntualmente qualcosa continuava a sfuggirmi.

Così ho approfondito ulteriormente, ed è stato un bene scontrarsi subito con concetti come curvatura dello spazio-tempo, relatività e buchi neri, perché quella che sto per proporvi è una serie di articoli ed esperimenti che hanno come tema la gravità, che non è propriamente una forza come tutte le altre, ma una proprietà della materia… Ma questo lo vedremo dopo, per adesso torniamo a Dublino!

Il ponte di legno e la spiaggia di Dollymount

Inquadramento geografico (Fonte: Bing Maps)

La scorsa estate ho fatto un viaggio in Irlanda con il mio compagno. Era da tanto che volevamo andarci insieme, lui c’era già stato parecchie volte, io mai. La pandemia ha sicuramente allungato i tempi, ma non ci ha impedito di fantasticare. Così appena abbiamo avuto la possibilità di partire, avevamo già le idee molto chiare su quello che volevamo vedere… ovvero tutto! Ovviamente abbiamo dovuto ridimensionarci, ma per adesso mi ritengo soddisfatta. Tra tutte le meraviglie che abbiamo visitato, oggi vi parlerò di Dollymount.

L’ultimo giorno a Dublino, prima di partire per la costa ovest, non avendo niente in programma, decidiamo di regalarci un pomeriggio di relax e optiamo per una passeggiata in una spiaggia fuori città.

Prendiamo l’autobus e ci dirigiamo dal centro città verso la zona di Clontarf, a nord.

Durante il tragitto il paesaggio cambia continuamente: dalle strade trafficate del centro, alla zona del porto, alla periferia, fino alla zona di mare, deserta come una tipica meta estiva fuori stagione.

In realtà è estate, ma ad agosto Dublino è spesso fredda, ventilata e piovosa. La “calda” stagione estiva è appena terminata insieme al mese di luglio, mese che abbiamo scoperto essere il più consigliato ai turisti.

Scendiamo dal pullman e ci avviamo verso la spiaggia. Scorgiamo subito un molo, che in realtà è un ponte di legno che collega la terraferma con un’isoletta chiamata North Bull. L’isola si estende per circa 5 km in lunghezza, parallelamente alla costa, e circa 1 km in larghezza.

Il panorama che si apre davanti a noi è spettacolare, la visuale è molto ampia. Sulla destra intravediamo ancora, in lontananza, il caos del porto, della zona industriale e della città. A sinistra, la pace della natura con l’isoletta di fronte a noi, ricca di vegetazione rigogliosa, con poche costruzioni e molte specie di volatili che svolazzano qua e là, poggiandosi di tanto in tanto su qualche boa galleggiante.

Notiamo subito che l’acqua è molto bassa, sembra proprio una palude, sulla riva dell’isoletta ci sono tre barchette rosse ormeggiate fuori dall’acqua.

Barchette rosse sull’isola di North Bull (Dublino)

Continuiamo la nostra passeggiata proseguendo lungo la strada rettilinea che delimita l’isola a sud-ovest e conduce alla spiaggia. In realtà, questa strada sorge su una barriera artificiale chiamata Bull Wall. Questo “muro” è proprio la causa stessa della formazione dell’isola, che inizialmente era solo una effimera lingua di sabbia instabile.

North Bull Island è infatti un’isola artificiale. Nella Dublino del Settecento, c’erano problemi di eccesso di sedimenti trasportati dal fiume Liffey che insabbiavano la baia rendendo complicata la navigazione. Era stato fatto un primo tentativo di arginare il problema, costruendo una barriera a sud, ma non aveva funzionato. Fu così che successivamente, a inizio Ottocento, è stato costruito il muro a nord e la sabbia ha cominciato a depositarsi e a formare un’isoletta fino ad arrivare all’attuale conformazione.

Proseguendo nel nostro cammino, scorgiamo dei sentieri tra la vegetazione bassa, ma fitta, e decidiamo di abbandonare la strada asfaltata. Praticamente ci ritroviamo in mezzo a delle dune molto basse ma anche molto estese, ricoprono infatti circa metà dell’isola. Camminiamo tra le dune, osservando di tanto in tanto flora e fauna, godendo del paesaggio e della quiete.

Quelle che ho scoperto essere larve di Cinabro (Tyria jacobaeae), ovvero larve di falena che devono il proprio nome al loro piatto prelibato: la Jacobaea vulgaris
Esemplare raro di geologa che si finge irlandese e saltella felice tra le dune
(diversamente dal bruco io non mi faccio chiamare “pizza”!)

Sappiamo che in fondo alle dune c’è la spiaggia, dopo pochi minuti di camminata infatti giungiamo al nostro obiettivo. La spiaggia di Dollymount è enorme in lunghezza (5 km come l’isola!) ma anche in larghezza, supera i cento metri nel punto più largo, ovvero esattamente dove siamo arrivati noi, andando a restringersi verso nord.

La battigia sembra immensa, grande quanto alcune spiagge italiane! È poco pendente e molto fangosa, ricoperta da un sottile ma persistente strato di alghe verdi, mi fa anche un po’ impressione ed evito di metterci i piedi sopra. Dopo un attimo di smarrimento, mi rendo conto che fino a pochi minuti prima tutta quella porzione di spiaggia era sicuramente stata sommersa dall’acqua di mare, siamo in una situazione di bassa marea deduco.

Il panorama è magnifico, ancora più bello di prima, davanti a noi uno scorcio verso il mare aperto, anche se la battigia è talmente larga che non si capisce esattamente dove inizi il mare, ma le navi, visibili in lontananza, confermano la sua presenza. Un promontorio a sinistra cinge la baia e fa da cornice insieme al cielo vagamente plumbeo, nuvoloso ma così ricco di sfumature da sembrare un dipinto.

Battigia della spiaggia di Dollymount

Allora ci fermiamo un attimo e ci sediamo su dei massi ad ammirare il paesaggio e godere di quella pace.

Arriva il momento del ritorno, il sole sta tramontando e le temperature calando. Ci dirigiamo, quindi, verso la strada, lungo il muro di cinta, per tornare alla fermata dell’autobus. La percorriamo tutta fino al ponte di legno e alle tre barchette rosse che avevamo visto all’inizio.

Arrivati al ponte, ci guardiamo intorno e ci rendiamo conto che il paesaggio è cambiato totalmente, c’è un sacco di acqua che prima non c’era!

La marea stava risalendo e l’acqua si avvicinava chiaramente alle barche che quindi non erano state ormeggiate fuori dall’acqua, ma in condizioni di alta marea. L’oscillazione di marea della zona sembra essere molto ampia sia nello spazio che nel tempo. Nel corso delle due ore di escursione sull’isola, la marea era in fase di transizione verso il suo valore massimo della giornata. A giudicare dal terreno fangoso l’acqua sarebbe salita ancora fino a dare sostegno alle barchette rosse facendole galleggiare.

Barchette rosse all’inizio e alla fine dell’escursione

Grazie a qualche ricerca su Google Street View, ho trovato questi scatti che mostrano la situazione ai suoi estremi opposti.

Bassa marea e alta marea a North Bull Island (Fonte: Google Maps)

Cosa sono le maree?

Le maree sono oscillazioni verticali del livello del mare che si verificano, ogni giorno, nei mari e negli oceani del nostro pianeta.

Sono dovute all’attrazione gravitazionale, principalmente della Luna e in minor parte anche del Sole, ma non dipendono direttamente dalla forza di gravità, bensì da un suo effetto secondario, chiamato forza di marea, che spiegherò nel prossimo paragrafo.

Avvengono due volte al giorno, ovvero nel corso della giornata si verificano due basse e due alte maree, che si alternano tra di loro ogni sei ore circa. Il mare risulta in continuo movimento, terminato un flusso verso l’alta marea, comincia un riflusso verso la bassa marea, entrambi i movimenti accompagnati da correnti di marea.

Arrivata a questo punto, mi è crollata ogni certezza! quando vi ho esposto l’articolo sulla cartografia (vedi Le carte topografiche) vi ho parlato di quote sul livello del mare, ebbene questo livello del mare qual è? in realtà è un valore medio! Non esiste un punto di riferimento fisico, unico ed immutabile, su cui possa basarsi la cartografia terrestre e nautica, ma si tratta necessariamente di una convenzione, come spesso accade nel mondo della scienza e della tecnologia. 

L’ampiezza della marea, ovvero la differenza tra alta e bassa marea, non è sempre la stessa ma varia nel tempo e nello spazio in funzione di diversi fattori.

Innanzitutto, un’importante influenza è dovuta alla reciproca posizione di Terra, Sole e Luna.

Le massime escursioni di marea si hanno quando i tre corpi celesti si trovano lungo la stessa congiungente. Questo succede due volte in un mese lunare: quando siamo nella fase di luna nuova (configurazione: Terra-Luna-Sole) e nella fase di luna piena, quando gli astri sono comunque allineati ma Sole e Luna si trovano in opposizione rispetto alla Terra (Luna-Terra-Sole). Queste maree si chiamano sigiziali e presentano le maggiori alte maree e le basse maree minori.

Le ampiezze minime, invece, si hanno nelle fasi lunari del primo quarto e ultimo quarto, quando la Luna e il Sole, rispetto alla Terra, si trovano su rette perpendicolari. Queste maree si chiamano di quadratura e presentano le più basse alte maree e le più alte basse maree.

Configurazioni delle maree sigiziali e di quadratura

Un altro elemento che influisce sull’entità della marea è l’inclinazione del Sole sul piano equatoriale, detta declinazione solare, che è inversamente proporzionale all’ampiezza della marea. Ciò significa che in prossimità degli equinozi, quando la declinazione del Sole è nulla, le maree sono maggiori, mentre in prossimità dei solstizi invernale e estivo, la declinazione del Sole è massima e le maree sono minori.

Le maree cambiano anche in funzione della morfologia della costa. Minore è la pendenza più si noterà l’escursione di marea. A parità di ampiezza della marea, tra una falesia (vedi Erosione delle coste) e una spiaggia, la differenza sarà evidente, perché se nel primo caso si vede solo una variazione verticale, nel secondo i cambiamenti avvenuti fanno proprio sembrare la spiaggia più piccola o più grande a seconda che si tratti di alta o bassa marea. Meno è pendente la spiaggia, più è accentuato questo fenomeno, fino ad arrivare a casi estremi come Mont Saint-Michel (Normandia, Francia), baia in cui circa 14 metri di escursione di marea coprono 25 km di spiaggia fino a che la collina rocciosa, su cui sorge l’omonima abbazia, risulta letteralmente “isolata” in condizioni di alta marea.

A tal proposito una grande differenza si ha tra mari chiusi e mari aperti. Rispetto ai mari del nord europa, il Mediterraneo è un mare chiuso che comunica con il resto delle acque del globo solo attraverso lo stretto di Gibilterra. Ciò fa sì che ci sia un certo contenimento dell’escursione di marea, molto ridotta rispetto a quella oceanica, pari mediamente a mezzo metro.

E in che momento avvengono le maree? Dopo tutti i ragionamenti fatti finora, saremmo portati a pensare che l’alta marea si verifichi al passaggio della Luna sul punto in esame, in realtà questo non accade se non con un certo ritardo, dovuto all’attrito e al tempo che impiegano le masse d’acqua a spostarsi per raggiungere, e inseguire, il nuovo equilibrio. E soprattutto, l’alta marea si verifica simultaneamente anche dalla parte opposta della Terra, come vedremo dopo.

Queste, e tante altre, sono caratteristiche osservabili e note ormai dai tempi antichi. Ma qual è la spiegazione scientifica? Cosa innesca tutto ciò? Lo vedremo nel prossimo paragrafo… 

Spiegazione del fenomeno: la forza di marea

Ho già accennato che le maree non sono dovute direttamente alla forza di gravità, ma sono causate da un suo effetto secondario e residuo, chiamato forza di marea.

Vediamo cosa significa. Vi ho già parlato qualche tempo fa del piano inclinato (vedi Il piano inclinato). L’esperimento del piano inclinato dimostra in modo chiaro e tangibile che se sulla Terra un corpo è lasciato libero di cadere, esso cade con un moto accelerato. L’accelerazione in questione è l’accelerazione di gravità, eventualmente rallentata dall’attrito del piano e/o dell’aria.

Che cosa succede, invece, nello spazio infinito dove gli astri si attraggono tra di loro, ma anziché cadere gli uni sugli altri, orbitano?

L’attrazione gravitazionale è bilanciata, è come se la Terra fosse in caduta libera verso il Sole, ma questo (per fortuna!) non accade. Questo “non accadere” però non avviene senza lasciare segni.

Un grande passo avanti è stato fatto grazie ad Einstein con la sua teoria della relatività generale. I corpi non si attraggono semplicemente grazie a una forza misteriosa, ma deformano (curvano) lo spazio e il tempo con il loro campo gravitazionale, e un corpo che si trova all’interno di questo campo, subisce la deformazione del campo stesso.

E che vuol dire? In qualche modo la Terra viene allungata nella direzione del Sole, sia verso il Sole che dalla parte opposta. Si ha solo un cambiamento di forma senza alcuna modifica di volume.

É come se avessi una pallina di gomma incastrata sotto un mobile e cercassi di tirarla fuori, invano. Finché la pallina rimane incastrata (“all’interno del campo gravitazionale”), risulta deformata, ovvero schiacciata al centro e allungata verso di me, ma anche dalla parte opposta. Se riuscissi a liberarla, tornerebbe sferica.

La Terra però non è così facile da deformare, le sue acque superficiali invece sì. Ecco perché si verificano le maree nel mare e perché questa componente residua della forza di gravità viene chiamata forza di marea. La forza di marea agisce spingendo verso l’esterno della Terra sia sul lato di fronte al Sole che dalla parte opposta, in questi settori si avrà l’alta marea. Viceversa, nei punti tangenziali la forza di marea agisce verso il centro della Terra portando alla bassa marea.

Lo stesso accade per la forza di marea generata dalla Luna.

Forza di marea generata sulla Terra (sinistra) dalla Luna e/o dal Sole (destra)

Per questo motivo, le massime oscillazioni di marea si hanno sia con la Luna nuova che con la Luna piena. L’intensità del fenomeno non cambia: Sole e Luna sommano i loro contributi anche se si trovano in opposizione rispetto alla Terra.

A proposito di Sole e Luna, vi ho già accennato che quest’ultima ha una maggior influenza sulle maree della Terra, nonostante sia molto più piccola del Sole. Il vantaggio della Luna è quello di trovarsi molto più vicina alla Terra rispetto al Sole, questo fa sì che la sua forza di marea sia maggiore.

La forza di marea è, infatti, proporzionale alla massa che la genera, ma è anche inversamente proporzionale alla distanza da essa, cioè più si è vicini, maggiore è la forza di marea. Inoltre, la massa di un oggetto è data dalla sua forma (volume) e dalla sua densità, quindi la forza di marea, ovvero la curvatura dello spazio-tempo, dipende dalle proprietà intrinseche del corpo stesso o meglio ancora è proprio la materia che curva lo spazio-tempo.

Curvatura dello spazio-tempo
in funzione della massa

Più è grande e denso un corpo, maggiore sarà la deformazione dello spazio e del tempo intorno a lui, fino ad arrivare al caso estremo dei buchi neri in cui la densità e quindi la forze di marea, sono talmente elevate da essere capaci di deformare una stella fino a distruggerla e ad inghiottire in breve tempo tutto ciò che ne rimane.

Curiosità: la riserva naturale di North Bull Island

Grazie alle grandi concentrazioni di uccelli, presenti durante il periodo migratorio ed in inverno, tutta l’isola di North Bull è una riserva naturale ed è anche zona umida di importanza internazionale ai sensi della Convenzione di Ramsar (vedi Le zone umide).

Sull’isola sono presenti alcune strutture artificiali, come lo stabile della guardia costiera presso il ponte di legno, due golf club, un centro interpretativo e pochi servizi balneari. Queste strutture non sono i principali habitat della fauna selvatica, ma negli ultimi anni il numero di specie che le utilizzano per la nidificazione è aumentato in modo significativo.

L’altro accesso all’isola, è una strada rialzata, di fronte all’abitato di Raheny, risalente agli anni ’60. Questa strada è uno dei posti migliori in Irlanda per osservare da vicino migliaia di uccelli migratori e svernanti. Dovremo ritornare… 

Comunque anche lungo il Bull Wall abbiamo avvistato vari esemplari… alcuni un po’ più socievoli di altri!

Approfondimenti:

Riserva di North Bull Island

Zone umide Ramsar in Irlanda

Insegnare relatività nel XXI secolo – Elio Fabri – Lezione 10

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