Livello della superficie dell'oceanoè la superficie dell'acqua libera degli oceani e dei mari, vicina alla forma di un geoide (Fig. 1).
Riso. 1. Livello della superficie dell'oceano
Il livello iniziale dell'oceano è lo standard da cui vengono misurate l'altezza assoluta della superficie terrestre e la profondità dei mari. Nel nostro Paese, questo è il livello medio a lungo termine Mar Baltico vicino alla città di Kronstadt (sistema di altezza del Baltico).
Potrebbero verificarsi fluttuazioni di livello periodico - Queste sono fluttuazioni giornaliere dovute al flusso e riflusso delle maree e non periodico— derivanti da cicloni tropicali, tsunami, ecc.
I periodi di fluttuazioni del livello dell'Oceano Mondiale sono corto(alta marea ogni 6 ore 12,5 minuti) e a lungo termine O secolare(centinaia di anni) (Fig. 2).
Riso. 2. Fluttuazioni del livello dell'oceano negli ultimi 200mila anni
I cambiamenti secolari si verificano per una serie di ragioni, come i cambiamenti nel volume dell’acqua nell’oceano o i cambiamenti nella capacità dell’oceano. Il primo si è verificato durante le glaciazioni, quando un'enorme massa d'acqua sotto forma di ghiaccio è stata conservata sulla terra e il livello dell'oceano è sceso di 100-200 m. Durante il periodo interglaciale, quando l'acqua è entrata nell'oceano a causa dello scioglimento ghiaccio, il livello del mare è aumentato di 20-30 m. Secondo i calcoli, a causa del riscaldamento climatico sulla Terra, è possibile un ulteriore aumento del livello dell'Oceano Mondiale di circa 30 cm entro la metà del 21° secolo. Il secondo tipo di fluttuazioni secolari del livello dell'Oceano Mondiale è causato da disturbi tettonici del fondale oceanico, che comportano un cambiamento nel volume della capacità dell'oceano.
Sapete che 18.000 anni fa il livello del mare era 110 metri più basso. Perché il livello del mare è cambiato così tanto? Il forte abbassamento del livello del mare fu associato al diffuso sviluppo della glaciazione continentale, quando enormi masse d'acqua furono ritirate dall'oceano e concentrate sotto forma di ghiaccio alle alte latitudini del pianeta. Da qui, i ghiacciai si sono diffusi lentamente verso le medie latitudini nell'emisfero settentrionale sulla terra, nell'emisfero meridionale - lungo il mare sotto forma di campi di ghiaccio che si sovrapponevano alla piattaforma dell'Antartide.
Una delle curve che mostrano le fluttuazioni del livello del mare negli ultimi 18.000 anni (la cosiddetta curva eustatica). Nel XII millennio a.C. il livello del mare era circa 65 m più basso di quello attuale, e nell'VIII millennio a.C. - già a meno di 40 m L'innalzamento del livello è avvenuto rapidamente ma in modo irregolare. (Secondo N. Morner, 1969)
È noto che nel Pleistocene, la cui durata è stimata in 1 milione di anni, si distinguono tre fasi di glaciazione, chiamate in Europa Mindel, Ries e Würm. Ognuno di essi durò da 40-50mila a 100-200mila anni. Furono separati da ere interglaciali, quando il clima sulla Terra divenne notevolmente più caldo, avvicinandosi a quello moderno. In alcuni episodi la temperatura è aumentata anche di 2-3°C, provocando un rapido scioglimento dei ghiacci e il rilascio di vaste aree sulla terraferma e negli oceani. Tali drammatici cambiamenti climatici sono stati accompagnati da fluttuazioni altrettanto drammatiche del livello del mare. Nelle epoche massima glaciazione diminuiva, come già accennato, di 90-110 m, e durante i periodi interglaciali aumentava fino a +10...4-20 m rispetto all'attuale.
Il Pleistocene non è l'unico periodo durante il quale si sono verificate fluttuazioni significative del livello del mare. In sostanza, segnano quasi tutte le epoche geologiche della storia della Terra. Il livello del mare è stato uno dei fattori geologici più instabili. Inoltre, questo è noto da molto tempo. Dopotutto, le idee sulle trasgressioni e regressioni del mare sono state sviluppate già nel XIX secolo. E come potrebbe essere altrimenti, se in molti tratti di rocce sedimentarie su piattaforme e in aree montuose piegate, i sedimenti chiaramente continentali fossero sostituiti da quelli marini e viceversa. La trasgressione del mare veniva giudicata dalla comparsa di resti di organismi marini nelle rocce, e la regressione veniva giudicata dalla loro scomparsa o dalla comparsa di carboni, sali o fiori rossi. Studiando la composizione dei complessi faunistici e floristici, hanno determinato (e continuano a determinare) la provenienza del mare. L'abbondanza di forme termofile indicava l'invasione di acque dalle basse latitudini, la predominanza di organismi boreali indicava la trasgressione dalle alte latitudini.
Nella storia di ogni specifica regione spicca la propria serie di trasgressioni e regressioni del mare, poiché si credeva che fossero causate da eventi tettonici locali: l'invasione delle acque marine era associata alla subsidenza crosta terrestre, la loro partenza - con lei edificante. Applicata alle regioni di piattaforma dei continenti, su questa base fu addirittura creata una teoria dei movimenti oscillatori: i cratoni affondavano o si sollevavano secondo un misterioso meccanismo interno. Inoltre, ogni cratone obbediva al proprio ritmo di movimenti oscillatori.
A poco a poco divenne chiaro che trasgressioni e regressioni in molti casi avvenivano quasi simultaneamente in diverse regioni geologiche della Terra. Tuttavia, le imprecisioni nella datazione paleontologica di alcuni gruppi di strati non hanno permesso agli scienziati di giungere a una conclusione sulla natura globale della maggior parte di questi fenomeni. Questa conclusione, inaspettata per molti geologi, è stata fatta dai geofisici americani P. Weil, R. Mitchum e S. Thompson, che hanno studiato sezioni sismiche della copertura sedimentaria all'interno dei margini continentali. Il confronto di sezioni provenienti da diverse regioni, spesso molto distanti tra loro, ha contribuito a rivelare il confinamento di molte disconformità, rotture, forme di accumulo o di erosione in diversi intervalli temporali nel Mesozoico e nel Cenozoico. Secondo questi ricercatori, hanno riflettuto carattere globale fluttuazioni del livello dell’oceano. La curva di tali cambiamenti, costruita da P. Weil et al., rende possibile non solo identificare epoche di alto o basso livello, ma anche stimare, ovviamente in prima approssimazione, la loro scala. Questa curva, infatti, riassume l'esperienza lavorativa di geologi di molte generazioni. In effetti, è possibile conoscere le trasgressioni del mare nel Giurassico superiore e nel Cretaceo superiore o il suo ritiro al confine Giurassico-Cretaceo, nell'Oligocene e nel Miocene superiore, da qualsiasi libro di testo di geologia storica. La novità, forse, era che questi fenomeni erano ora associati ai cambiamenti del livello delle acque oceaniche.
La portata di questi cambiamenti è stata sorprendente. Pertanto, si ritiene che la trasgressione marina più significativa, che inondò la maggior parte dei continenti in epoca Cenomaniana e Turoniana, sia stata causata da un innalzamento del livello delle acque oceaniche di oltre 200-300 m rispetto a quello moderno. La regressione più significativa avvenuta nell'Oligocene Medio è associata ad un abbassamento di questo livello di 150-180 m al di sotto di quello moderno. Pertanto, l'ampiezza totale di tali fluttuazioni nel Mesozoico e nel Cenozoico era di quasi 400-500 m! Cosa ha causato fluttuazioni così enormi? Non possono essere attribuiti alle glaciazioni, poiché durante il tardo Mesozoico e la prima metà del Cenozoico il clima sul nostro pianeta era eccezionalmente caldo. Tuttavia, molti ricercatori associano ancora il minimo medio dell'Oligocene all'inizio di un forte raffreddamento alle alte latitudini e allo sviluppo del guscio glaciale dell'Antartide. Tuttavia, questo da solo probabilmente non è stato sufficiente a ridurre il livello del mare di 150 m in una sola volta.
La ragione di tali cambiamenti è stata la ristrutturazione tettonica, che ha comportato una ridistribuzione globale delle masse d'acqua nell'oceano. Ora è possibile offrire solo versioni più o meno plausibili per spiegare le fluttuazioni del suo livello nel Mesozoico e nel primo Cenozoico. Quindi, analizzando gli eventi tettonici più importanti avvenuti al confine del Giurassico medio e superiore; così come il Cretaceo inferiore e superiore (che sono associati a un lungo innalzamento del livello dell'acqua), scopriamo che furono questi intervalli a essere segnati dall'apertura di grandi depressioni oceaniche. Nel Giurassico superiore, il ramo occidentale dell'oceano, la Tetide (regione del Golfo del Messico e dell'Atlantico centrale), sorse e si espanse rapidamente, e alla fine del Cretaceo inferiore e maggior parte Il tardo Cretaceo fu segnato dall'apertura dell'Atlantico meridionale e da numerose fosse dell'Oceano Indiano.
In che modo la formazione e l’espansione del fondale nei giovani bacini oceanici potrebbero influenzare la posizione del livello dell’acqua nell’oceano? Il fatto è che la profondità del fondo in essi nelle prime fasi di sviluppo è molto insignificante, non più di 1,5-2 mila m. L'espansione della loro area avviene a causa della corrispondente riduzione dell'area degli antichi bacini oceanici , che sono caratterizzati da una profondità di 5-6 mila m, e nella zona di Benioff vengono assorbite aree del letto di bacini abissali di acque profonde. L’acqua spostata dagli antichi bacini in via di scomparsa aumenta il livello complessivo dell’oceano, che nelle sezioni terrestri dei continenti viene registrato come trasgressione del mare.
Pertanto, la disgregazione dei megablocchi continentali dovrebbe essere accompagnata da un graduale innalzamento del livello del mare. Questo è esattamente ciò che accadde nel Mesozoico, durante il quale il livello aumentò di 200-300 m, e forse di più, sebbene questo aumento fu interrotto da epoche di regressioni a breve termine.
Nel corso del tempo, il fondo degli oceani giovani divenne sempre più profondo man mano che la nuova crosta si raffreddava e la sua area aumentava (legge Slater-Sorokhtin). Pertanto, la loro successiva apertura ha avuto un'influenza molto minore sulla posizione del livello dell'acqua dell'oceano. Tuttavia, ciò porterebbe inevitabilmente a una riduzione dell’area degli antichi oceani e addirittura alla completa scomparsa di alcuni di essi dalla faccia della Terra. In geologia, questo fenomeno è chiamato “collasso” degli oceani. Si realizza nel processo di riavvicinamento dei continenti e nella loro successiva collisione. Sembrerebbe che lo sbattimento dei bacini oceanici dovrebbe causare un nuovo innalzamento del livello delle acque. In realtà accade il contrario. Il punto qui è una potente attivazione tettonica che copre i continenti convergenti. I processi di formazione delle montagne nella zona della loro collisione sono accompagnati da un sollevamento generale della superficie. Nelle parti marginali dei continenti l'attivazione tettonica si manifesta nel collasso dei blocchi della piattaforma e del pendio e nel loro abbassamento al livello del piede continentale. A quanto pare, questi cedimenti coprono anche le aree adiacenti del fondale oceanico, per cui diventa molto più profondo. Il livello complessivo delle acque oceaniche sta diminuendo.
Poiché l'attivazione tettonica è un evento in un unico atto e copre un breve periodo di tempo, il calo del livello avviene molto più rapidamente del suo aumento durante l'espansione della giovane crosta oceanica. Questo è esattamente ciò che può spiegare il fatto che le trasgressioni marine nel continente si sviluppano in modo relativamente lento, mentre le regressioni di solito si verificano in modo improvviso.
Mappa delle possibili inondazioni del territorio eurasiatico a vari valori del probabile innalzamento del livello del mare. La portata del disastro (con il livello del mare che si prevede aumenterà di 1 metro nel corso del 21° secolo) sarà molto meno evidente sulla mappa e non avrà quasi alcun impatto sulla vita della maggior parte degli stati. Si ampliano le aree delle coste del Mar Nord e Baltico e della Cina meridionale. (La mappa può essere ingrandita!)
Consideriamo ora la questione del LIVELLO MEDIO DEL MARE.
I geometri che effettuano il livellamento sul terreno determinano l’altezza sopra il “livello medio del mare”. Gli oceanografi che studiano le fluttuazioni del livello del mare le confrontano con le altitudini sulla riva. Ma, ahimè, anche il livello del mare “medio a lungo termine” è lungi dall’essere un valore costante e, inoltre, non è lo stesso ovunque, e le coste del mare si alzano in alcuni luoghi e si abbassano in altri.
Un esempio di moderna subsidenza del terreno sono le coste della Danimarca e dell'Olanda. Nel 1696, nella città danese di Agger, c'era una chiesa a 650 m dalla riva. Nel 1858 i resti di questa chiesa furono definitivamente inghiottiti dal mare. Durante questo periodo, il mare avanzava verso la terra ad una velocità orizzontale di 4,5 m all'anno. Adesso sulla costa occidentale della Danimarca è in fase di completamento la costruzione di una diga, che dovrebbe bloccare l'ulteriore avanzata del mare.
Allo stesso pericolo sono esposte le coste basse dell'Olanda. Le pagine eroiche della storia del popolo olandese non sono solo la lotta per la liberazione dal dominio spagnolo, ma anche una lotta altrettanto eroica contro l'avanzata del mare. A rigor di termini, qui il mare non avanza tanto quanto la terra che affonda davanti a lui retrocede. Questo può essere visto almeno dal fatto che livello intermedio acque alte sull'isola. Dal 1362 al 1962, il Nordstrand nel Mare del Nord si è innalzato di 1,8 m. Il primo punto di riferimento (indicazione dell'altitudine sul livello del mare) è stato realizzato in Olanda su una grande pietra appositamente installata nel 1682. Dal XVII alla metà del XX secolo, il il cedimento del suolo sulla costa olandese si è verificato ad un tasso medio di 0,47 cm all'anno. Adesso gli olandesi non solo difendono il Paese dall'avanzata del mare, ma anche bonificano il territorio dal mare costruendo grandiose dighe.
Ci sono, tuttavia, luoghi in cui la terra si eleva al di sopra del mare. Il cosiddetto scudo fenno-scandinavo dopo la liberazione da ghiaccio pesante era glaciale continua a crescere nel nostro tempo. La costa della penisola scandinava nel Golfo di Botnia si sta alzando ad un ritmo di 1,2 cm all'anno.
È noto anche l'alternanza di abbassamento e innalzamento del territorio costiero. Ad esempio, le coste mare Mediterraneo cadeva e in alcuni punti si sollevava anche di diversi metri tempo storico. Ciò è testimoniato dalle colonne del Tempio di Serapide vicino a Napoli; i molluschi elasmobranchi marini (Pholas) hanno effettuato passaggi all'altezza dell'altezza umana. Ciò significa che dal momento in cui il tempio fu costruito nel I secolo. N. e. la terra sprofondò tanto che parte delle colonne rimasero immerse nel mare, e probabilmente per molto tempo, poiché altrimenti i molluschi non avrebbero avuto il tempo di fare tanto lavoro. Successivamente il tempio con le sue colonne emerse nuovamente dalle onde del mare. Secondo 120 stazioni di osservazione, in 60 anni il livello dell'intero Mar Mediterraneo è aumentato di 9 cm.
Gli alpinisti dicono: “Abbiamo preso d’assalto una vetta a tanti metri sopra il livello del mare”. Non solo geometri e scalatori, ma anche persone del tutto estranee a tali misurazioni sono abituati al concetto di altezza sul livello del mare. Sembra loro irremovibile. Ma, ahimè, questo è tutt’altro che vero. I livelli degli oceani cambiano costantemente. È fluttuato dalle maree causate da ragioni astronomiche, dalle onde del vento eccitate dal vento e mutevoli come il vento stesso, dalle ondate di vento e dalle ondate d'acqua al largo delle coste, dai cambiamenti della pressione atmosferica, dalla forza deviante della rotazione terrestre e, infine, dal riscaldamento e raffreddamento dell’acqua dell’oceano. Inoltre, secondo la ricerca degli scienziati sovietici I.V. Maksimov, N.R. Smirnov e G.G Khizanashvili, il livello dell'oceano cambia a causa di cambiamenti episodici nella velocità di rotazione della Terra e nel movimento del suo asse di rotazione.
Se si riscaldano di 10° solo i primi 100 m dell'acqua dell'oceano, il livello del mare aumenterà di 1 cm. Riscaldando l'intero spessore dell'acqua dell'oceano di 1°, il suo livello aumenta quindi di 60 cm, a causa del riscaldamento estivo e del raffreddamento invernale , livello del mare alle medie e alte latitudini soggetto a notevoli fluttuazioni stagionali. Secondo le osservazioni dello scienziato giapponese Miyazaki, il livello medio del mare al largo della costa occidentale del Giappone aumenta in estate e diminuisce in inverno e primavera. L'ampiezza delle sue fluttuazioni annuali va da 20 a 40 cm. Il livello dell'Oceano Atlantico nell'emisfero settentrionale inizia a salire in estate e raggiunge il massimo in inverno nell'emisfero meridionale, si osserva la sua tendenza inversa;
L'oceanografo sovietico A. I. Duvanin distinse due tipi di fluttuazioni del livello degli oceani: zonale, come risultato del trasferimento di acque calde dall'equatore ai poli, e monsonica, come risultato di prolungate ondate eccitate dai venti monsonici che soffiano dal mare alla terra in estate e dentro direzione inversa in inverno.
Una notevole pendenza del livello del mare si osserva nelle aree coperte dalle correnti oceaniche. Si forma sia nella direzione del flusso che attraverso di esso. La pendenza trasversale ad una distanza di 100-200 miglia raggiunge i 10-15 cm e cambia al variare della velocità attuale. La ragione dell'inclinazione trasversale della superficie del flusso è la forza di deviazione della rotazione terrestre.
Anche il mare reagisce notevolmente ai cambiamenti della pressione atmosferica. In questi casi agisce come un “barometro invertito”: maggiore pressione significa livello del mare più basso, minore pressione significa livello del mare più alto. Un millimetro pressione barometrica(più precisamente un millibar) corrisponde ad un centimetro di altezza sul livello del mare.
I cambiamenti nella pressione atmosferica possono essere a breve termine e stagionali. Secondo le ricerche dell'oceanologo finlandese E. Lisitsyna e di quello americano J. Patullo, le fluttuazioni di livello causate dai cambiamenti della pressione atmosferica sono di natura isostatica. Ciò significa che la pressione totale dell'aria e dell'acqua sul fondo in una data sezione del mare tende a rimanere costante. L'aria riscaldata e rarefatta fa salire il livello, l'aria fredda e densa ne fa abbassare il livello.
Succede che i geometri conducano il livellamento lungo la riva del mare o via terra da un mare all'altro. Giunti alla destinazione finale, scoprono una discrepanza e iniziano a cercare l'errore. Ma invano si scervellano: potrebbe non esserci un errore. La ragione della discrepanza è che la superficie piana del mare è lungi dall’essere equipotenziale. Ad esempio, sotto l'influenza dei venti dominanti tra la parte centrale del Mar Baltico e il Golfo di Botnia, la differenza media di livello, secondo E. Lisitsyna, è di circa 30 cm tra la parte settentrionale e quella meridionale del Golfo di Botnia, a una distanza di 65 km, il livello cambia di 9,5 cm. Tra i lati del Canale della Manica il dislivello è di 8 cm (Creese e Cartwright). La pendenza della superficie del mare dal Canale della Manica al Baltico, secondo i calcoli di Bowden, è di 35 cm Il livello dell'Oceano Pacifico e Mar dei Caraibi alle estremità del Canale di Panama, la cui lunghezza è di soli 80 km, la differenza è di 18 cm. In generale, il livello dell'Oceano Pacifico è sempre leggermente superiore al livello dell'Atlantico. Anche se ti sposti lungo la costa atlantica America del Nord da sud a nord si rileva un graduale innalzamento del livello di 35 cm.
Senza soffermarci sulle fluttuazioni significative del livello dell'Oceano Mondiale avvenute nei periodi geologici passati, noteremo solo che l'innalzamento graduale del livello del mare, osservato nel corso del XX secolo, è in media di 1,2 mm all'anno. Sembra che sia causato dal riscaldamento generale del clima del nostro pianeta e dal graduale rilascio di importanti masse d'acqua fino ad allora trattenute dai ghiacciai.
Quindi, né gli oceanografi possono fare affidamento sui segni dei geometri a terra, né i geometri sulle letture dei mareografi installati al largo della costa in mare. La superficie piana dell’oceano è lontana da una superficie equipotenziale ideale. La sua esatta definizione può essere raggiunta grazie agli sforzi congiunti di geodeti e oceanologi, e anche allora non prima dell'accumulo di almeno materiale secolare di osservazioni simultanee dei movimenti verticali della crosta terrestre e delle fluttuazioni del livello del mare in centinaia, persino migliaia di punti. Nel frattempo, non esiste un “livello medio” dell’oceano! Oppure, che è la stessa cosa, ce ne sono molti: ogni punto ha la sua riva!
Anche filosofi e geografi della remota antichità, che dovevano utilizzare solo metodi speculativi per risolvere i problemi geofisici, erano molto interessati al problema del livello degli oceani, anche se sotto un aspetto diverso. Troviamo le dichiarazioni più specifiche su questo argomento in Plinio il Vecchio, il quale, tra l'altro, poco prima della sua morte mentre osservava l'eruzione del Vesuvio, scrisse con una certa arroganza: "Non c'è nulla attualmente nell'oceano che non possiamo spiegare". Quindi, se scartiamo le controversie dei latinisti sulla correttezza della traduzione di alcuni argomenti di Plinio sull'oceano, possiamo dire che lo considerava da due punti di vista: l'oceano sull'oceano terra piatta e l'oceano su una Terra sferica. Se la Terra è rotonda, ragionava Plinio, allora perché le acque dell’oceano sul suo lato opposto non scorrono nel vuoto; e se è piatto, allora per quale motivo le acque dell'oceano non inondano la terra, se tutti in piedi sulla riva possono vedere chiaramente il rigonfiamento simile a una montagna dell'oceano, dietro il quale si nascondono le navi all'orizzonte. In entrambi i casi lo ha spiegato in questo modo; l'acqua tende sempre al centro della terra, che si trova da qualche parte sotto la sua superficie.
Il problema del livello del mare sembrava insolubile duemila anni fa e, come vediamo, rimane irrisolto fino ad oggi. Tuttavia non si può escludere la possibilità che le caratteristiche della superficie piana dell'oceano verranno determinate nel prossimo futuro mediante misurazioni geofisiche effettuate mediante satelliti artificiali terrestri.
Mappa della gravità della Terra compilata dal satellite GOCE.
Gli oceanologi hanno riesaminato i dati già noti sull'innalzamento del livello del mare negli ultimi 125 anni e sono giunti a una conclusione inaspettata: se durante quasi tutto il 20° secolo è aumentato notevolmente più lentamente di quanto pensassimo in precedenza, negli ultimi 25 anni è cresciuto a un livello un ritmo molto rapido, afferma l’articolo pubblicato sulla rivista Nature.
Un gruppo di ricercatori è giunto a queste conclusioni dopo aver analizzato i dati sulle fluttuazioni del livello dei mari e degli oceani della Terra durante l'alta e la bassa marea, che da un secolo vengono raccolti in diverse parti del pianeta utilizzando speciali strumenti mareografici. I dati provenienti da questi strumenti, come notano gli scienziati, sono tradizionalmente utilizzati per stimare l’innalzamento del livello del mare, ma queste informazioni non sono sempre assolutamente accurate e spesso contengono ampi intervalli di tempo.
“Queste medie non riflettono la reale crescita del mare. Gli indicatori dei pneumatici si trovano solitamente lungo la costa. Per questo motivo, vaste aree di oceano non sono incluse in queste stime e, quando lo sono, di solito contengono grandi "buchi", viene citato nell'articolo Carling Hay di Carling Hay. Università di Harvard(U.S.A).
Come aggiunge un altro autore dell’articolo, l’oceanografo di Harvard Eric Morrow, fino all’inizio degli anni ’50, l’umanità non ha condotto osservazioni sistematiche del livello del mare a livello globale, motivo per cui non abbiamo quasi informazioni affidabili sulla velocità con cui il livello del mare globale stava aumentando. oceano nella prima metà del XX secolo.
MG Deev,
Dottorato di ricerca geogr. Scienze, ricercatore senior presso il Dipartimento di Oceanologia, Università statale di Mosca. M.V. Lomonosov
Metodi per misurare il livello degli oceani.
Altimetria satellitare
Il livello del mare viene misurato nelle stazioni di misurazione dell'acqua, attrezzate nelle stazioni idrometeorologiche costiere. Il dispositivo più semplice per misurare il livello è indicatore dell'acqua, che è fissato rigidamente al terreno in modo tale che, al livello più basso di un dato luogo, lo zero della scala di lettura sia sempre nell'acqua. Per proteggere gli indicatori dell'acqua, vengono spesso utilizzate strutture idrauliche sotto forma di moli, ormeggi, dighe e frangiflutti.
Schema
altimetria satellitare
La registrazione continua delle fluttuazioni di livello viene effettuata presso le stazioni idrometeorologiche attrezzate mareografi - registratori di livello di vario tipo. I progetti della maggior parte di questi dispositivi possono essere suddivisi in due tipi: galleggiante e idrostatico. Un mareografo a galleggiante registra il livello di un galleggiante che galleggia in un apposito pozzo collegato al mare tramite un tubo orizzontale. Le vibrazioni del galleggiante, sospeso con un contrappeso su un filo o cavo flessibile, vengono trasmesse alla ruota misuratrice e da questa ad un dispositivo di scrittura, che disegna sul nastro una curva delle fluttuazioni di livello.
Metodi per l'installazione dei mareografi: in un pozzo sulla riva (a), su fondazione su pali (b)
La struttura di un mareografo idrostatico si basa sul principio del noto barometro aneroide. I sensori sensibili di tali dispositivi, spesso posizionati sul fondo dei serbatoi, rispondono alle fluttuazioni della pressione idrostatica che si verificano con i cambiamenti del livello del mare. I sensori dei modelli fissi di tali mareografi sono installati in pozzi o su strutture sottomarine di strutture idrauliche e la parte di registrazione del dispositivo si trova nella cabina della stazione di misurazione dell'acqua. Alcuni modelli di mareografi idrostatici sono progettati per il funzionamento autonomo. In essi, le parti di misurazione e registrazione del dispositivo sono montate in un alloggiamento impermeabile e la struttura è installata sul fondo.
Le osservazioni del comportamento del livello dell'Oceano Mondiale presso le stazioni e le postazioni costiere non possono fornire un quadro completo delle sue fluttuazioni, poiché vengono effettuate solo su una stretta fascia costiera. Nell'oceano aperto sono probabili numerosi squilibri di livello causati da distribuzioni irregolari della densità, grandi correnti e altre cause simili.
La misurazione dei livelli assoluti in mare aperto è diventata possibile solo con l'inizio dell'uso dei radioaltimetri installati sull'oceano satelliti artificiali Terra. Metodologia per misurare le distanze da oggetto spaziale A superficie terrestre cominciò a svilupparsi negli anni '70 del secolo scorso e fu chiamato altimetria satellitare. I metodi satellitari consentono di monitorare continuamente la superficie piana dell'Oceano Mondiale.
Esistono diverse opzioni per il calcolo delle orbite dei satelliti per misurazioni geodetiche e altre misurazioni ad alta quota della superficie terrestre. Consideriamo il cosiddetto programma iso-percorso immagini satellitari, che ben illustrano i principi base dell'altimetria satellitare.
San Pietroburgo. Kronštadt. Padiglione(ha un mareografo installato ) e indicatore dell'acqua, che è giusto definire il rastrello numero 1 nel paese, - Footfoot di Kronstadt. Le altitudini in Russia sono misurate dallo “zero” del Mar Baltico.
I parametri dell'orbita dell'isorotta di un satellite con un radioaltimetro sono selezionati in modo tale che ogni orbita successiva ( traccia) spostato rispetto al precedente di una certa quantità costante. Dopo un certo numero di giri ( ciclo) il satellite entra nel percorso della prima traccia, dopodiché l'intero ciclo si ripete nuovamente. Nel 1992, nell'ambito del programma TOPEX/Poseidon, per studiare la circolazione e la topografia della superficie dell'oceano mondiale, un satellite con due radioaltimetri (altimetri) è stato lanciato in un'orbita vicino alla Terra con un'altitudine di 1336 km e un'inclinazione al piano equatoriale di 66°. Nel 2001, il secondo satellite di questo programma, Jason-1, fu lanciato nella stessa orbita. La distanza tra binari adiacenti all'equatore è di 300 km, la durata di un ciclo è di 10 giorni. Durante questo periodo, la superficie terrestre è ricoperta da una griglia rombica regolare di percorsi satellitari, lungo la quale le misurazioni vengono ripetute circa 36 volte l'anno.
Il grafico mostra la variazione del livello del mare (in mm, su scala verticale)
secondo i dati altimetrici satellitari TOPEX/Poseidon negli anni '90 - primi anni 2000.
Nell'altimetria satellitare, l'altezza della superficie del mare viene calcolata rispetto alla superficie del geoide in base all'altezza misurata del satellite sopra il mare e all'altitudine orbitale del satellite stesso - tenendo conto delle correzioni relative alla precisione strumentale degli altimetri, della stato della superficie del mare, passaggio del segnale attraverso strati densi dell'atmosfera e alcuni altri. Il risultato è l'altezza media della superficie del mare, che è un valore calcolato ottenuto facendo la media delle misurazioni altimetriche di uno o più satelliti, che è il più vicino alla superficie indisturbata dell'oceano. La precisione di tali misurazioni è di circa 5 cm.
Il livello degli oceani nel mondo nel passato e oggi.
Topografia dinamica
Vengono chiamate fluttuazioni di livello che si ripetono periodicamente con periodi di circa 15-25 mila anni, causate dalle glaciazioni e che portano a cambiamenti nel volume globale dell'acqua nell'oceano eustatico. L'ultima grande glaciazione della storia della Terra (Wurm) raggiunse il suo massimo sviluppo circa 18mila anni fa. Poi, al culmine della glaciazione, il livello dell'oceano, a causa della concentrazione di grandi volumi d'acqua nei ghiacciai, è sceso, secondo varie stime, di 65-125 m rispetto al stato attuale. Da notare che una diminuzione del livello di un centinaio di metri entro gli attuali confini dell’Oceano Mondiale corrisponde al prelievo di circa 36 milioni di km3 di acqua liquida, che si trasforma tutta in stato solido e forma calotte glaciali sui continenti. Quando il ghiaccio inizia a sciogliersi, l'acqua di fusione ritorna nell'oceano, il che si manifesta con un graduale aumento del suo livello.
Cambiamenti del livello del mare negli ultimi 800mila anni
Negli 8-10 mila anni che seguirono il culmine della glaciazione Würm, il livello del mare si innalzò in modo relativamente uniforme da velocità media 8-9 m ogni mille anni. Negli ultimi 6mila anni si è verificato un graduale rallentamento dell'innalzamento del livello, che nell'ultimo millennio l'innalzamento è stato di circa un metro. Attualmente, la natura della Terra e il suo sistema climatico si trovano in condizioni tipiche interglaciale, il cui ottimo è già stato superato. Con un alto grado di probabilità possiamo supporre che in tali condizioni, fluttuazioni secolari del livello dell'ordine di ±1 m ogni mille anni (in media 1 mm/anno) siano un fenomeno normale nella storia della Terra.
Per valutare lo stato attuale del livello degli oceani mondiali, vengono utilizzati dati provenienti da misurazioni altimetriche satellitari e vaste serie di osservazioni oceanografiche, da cui è possibile calcolare la topografia del livello sterico. Le misurazioni a livello singolo (sia satellitari che terrestri) riflettono le deviazioni di altezza introdotte dall'influenza delle onde del vento, del moto ondoso, delle maree e di altre influenze a breve termine. Quando si calcola la media delle misurazioni di massa, tutti i disturbi casuali e di breve periodo della superficie piana vengono eliminati, lasciando solo le altezze livellate causate da fattori costanti a lungo termine. La topografia della superficie dell'acqua ottenuta con questo procedimento, formata sotto l'influenza di cause dinamiche, tra le quali si può evidenziare il riscaldamento irregolare latitudinale della superficie dell'oceano, l'influenza di grandi centri stazionari di azione atmosferica, così come la maggior parte delle parti viene chiamata la circolazione oceanica topografia dinamica.
L'elaborazione dei materiali dell'altimetria satellitare utilizzando il programma TOPEX/Poseidon ha permesso di ottenere la prima carta topografica del livello medio dell'oceano creata da misurazioni dirette. Le deviazioni maggiori del livello dinamico vanno da –110 a +130 cm, cioè in media decine di centimetri sopra e sotto la superficie del geoide.
Il livello più alto si osserva nella regione tropicale settentrionale dell’Oceano Pacifico occidentale, a sud delle isole giapponesi. I livelli più bassi del livello dinamico si trovano nella periferia settentrionale dell'Oceano Australe, nella fascia di latitudine 60-sud. In ciascuno degli oceani* le differenze di livello dai tropici alle alte latitudini sono due ( Oceano Atlantico) - due metri e mezzo (Oceano Pacifico). Il livello dell'Oceano Pacifico a tutte le latitudini è il più alto, il livello dell'Atlantico è il più basso, la differenza è in media di 60-65 cm, il livello dell'Oceano Indiano è in posizione intermedia.
Calcoli del livello sterico, effettuati sui valori medi annuali di temperatura e salinità dell’acqua di mare in questi oceani, hanno mostrato che le differenze nella topografia dei livelli “altimetrico” e “sterico” quasi non superano i limiti di gli errori ammessi nei calcoli di entrambi. Ciò significa che la ragione principale delle deviazioni del livello medio indisturbato dell'oceano dalla superficie del geoide è determinata dalla differenza di densità delle acque oceaniche, cioè dalle differenze di temperatura e salinità, da cui dipende la densità. Maggiore è la temperatura e minore la salinità dell'acqua di mare, minore è la sua densità e viceversa. Una diminuzione della densità porta ad un aumento del volume e quindi ad un aumento del livello. È interessante notare che l'eccesso del livello dell'Oceano Pacifico nell'emisfero settentrionale è determinato principalmente dalla ridotta salinità delle sue acque e, nelle latitudini temperate dell'emisfero meridionale, dalla loro maggiore temperatura.
Trasportatore oceanico globale
Il superamento del livello è un segno visibile, letteralmente adagiato in superficie. Ma ci sono altre proprietà che sembrano essere eccessive in un oceano e insufficienti in un altro. Ad esempio, il contenuto di nutrienti (silicati e fosfati) nell'Oceano Pacifico settentrionale è 2-3 volte superiore alla loro concentrazione nelle acque del Nord Atlantico. Il quadro opposto si osserva nella distribuzione dei carbonati disciolti e dell'ossigeno, la cui concentrazione è massima nell'Oceano Atlantico e diminuisce gradualmente verso la parte settentrionale del Pacifico. Questi e altri fatti simili portano alla conclusione sull'esistenza di uno scambio interoceanico di proprietà sotto forma di una circolazione globale che penetra nello spazio di tre oceani - dal Nord Atlantico attraverso Oceano Indiano alle latitudini settentrionali dell’Oceano Pacifico. Secondo le idee moderne, esiste una circolazione così chiusa, costituita da flussi superficiali e profondi diretti in modo opposto, come veniva chiamato trasportatore oceanico globale.
Fattori di cambiamento nel livello dell'Oceano Mondiale.
Il diffuso superamento del livello dell'Oceano Pacifico indica la presenza di un gradiente di pressione orizzontale costante, che ha lo scopo di livellare i livelli e portarli ad uno stato di equilibrio. Sotto l'influenza di questo gradiente, un flusso di acque calde si muove dalla regione “più alta” dell'Oceano Pacifico attraverso gli stretti dei mari indonesiani a sud-ovest, che attraverso l'Oceano Indiano, doppiando la punta meridionale dell'Africa, entra nell'Atlantico. . Proseguendo lungo le coste delle due Americhe, queste acque attraversano l'Oceano Atlantico regione nordoccidentale. Là acqua superficiale A causa dell'intensa evaporazione, diventano salinizzati e compattati, il che porta alla loro subsidenza convettiva. Raggiunta una profondità di 2000-3000 m, si mescolano con le acque fredde provenienti dal bacino artico e iniziano a formare un ramo profondo e diretto in senso opposto della circolazione globale. Attraversando l'Oceano Atlantico da nord a sud, le acque profonde confluiscono nella Corrente Circumpolare (venti occidentali), che viene trasportata verso est lungo la costa dell'Antartide. Nell'Oceano Pacifico meridionale, prima del Passaggio di Drake, le acque profonde virano verso nord e, seguendo questa direzione, raggiungono la regione delle Isole Aleutine, dove, essendo meno dense rispetto alle acque profonde locali, risalgono lentamente agli strati superficiali superiori, chiudendo il “nastro trasportatore”.
Trasportatore "di profilo"
Questo movimento avviene in modo estremamente lento e non viene registrato da nessuno strumento. Il periodo di completo scambio di acque tra l'Atlantico e Oceani Pacifico Si stima che il flusso del trasportatore oceanico globale duri nell'ordine di molte centinaia fino a un migliaio e mezzo di anni. Durante questo lungo viaggio avviene un lento e continuo scambio di calore, sali, sostanze nutritive e gas con le acque circostanti. I cambiamenti che si verificano nel sistema climatico della Terra, espressi nella ridistribuzione del calore e dell'umidità, nell'esacerbazione dei processi atmosferici, nell'interruzione dei modelli meteorologici in alcune aree, possono riflettersi nel movimento del "trasportatore" sotto forma di cambiamenti nelle caratteristiche di proprietà trasferite, nonché l'intensità del trasferimento.
Pertanto, utilizzando l’esempio del trasportatore oceanico globale, possiamo concludere che differenze molto piccole ma a lungo termine nella posizione dei livelli oceanici sono in grado di avviare una circolazione stabile dell’acqua e processi di scambio interoceanico di proprietà che mantengono l’equilibrio dinamico globale in l'Oceano Mondiale.
Trasportatore oceanico globale "full face". Le correnti calde sono mostrate in rosso, le correnti fredde in blu.
L’innalzamento del livello del mare non rappresenta solo un problema nelle regioni tropicali, ma anche una minaccia molto seria per l’Europa. Alla conferenza sul clima delle Nazioni Unite (COP23), tenutasi l’anno scorso a Bonn, è stato lanciato l’allarme sulle conseguenze dell’aumento della temperatura media annuale sul pianeta. Lo scioglimento delle calotte polari e l’innalzamento del livello del mare minacciano di inondare vaste aree costiere, soprattutto nei Paesi Bassi, in Belgio e in Grecia. Si prevede che entro il 2100 il livello dell'acqua negli oceani del mondo potrà salire da 40 cm a un metro. Sono queste le ultime previsioni del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC).
Le misure preventive sono possibili, ma molto costose. Secondo un rapporto della Banca Mondiale pubblicato durante la conferenza COP23, la nazione insulare delle Fiji potrebbe costare alla nazione insulare del cambiamento climatico 4,5 miliardi di dollari, che dovranno essere investiti in 10 anni per ridurre al minimo i danni derivanti dall’innalzamento del livello degli oceani. Questo importo è paragonabile al PIL delle Fiji.
Poiché il livello del mare si sta alzando in modo non uniforme in tutto il mondo, la situazione delle Fiji dovrebbe servire da monito per l’Europa e le altre regioni.
Secondo l'Agenzia europea per ambiente, dal 1993, il livello degli oceani del mondo è aumentato di 3 millimetri all'anno, il che significa che nell'ultimo quarto di secolo l'acqua sul pianeta è aumentata di oltre 7 cm. In totale, nell'ultimo secolo, il livello dell'acqua nell'oceano è aumentata di 19,5 cm, ma questo processo non è stato uniforme e il problema è questo ultimi anni la situazione si è aggravata bruscamente.
L’entità dell’innalzamento degli oceani del mondo nei prossimi anni dipende interamente dagli sforzi per combattere il riscaldamento globale. Anche se l’Europa ha ancora tempo per prepararsi all’“alluvione”, e per molte città europee questo problema non è affatto rilevante, continuano a suonare segnali allarmanti.
Per questo le autorità di Venezia stanno installando 57 barriere antiallagamento per impedire l'allagamento delle lagune su cui si trova la perla dell'Adriatico. Per il progetto sono già stati spesi 5,5 miliardi di euro. Veterani nel controllo delle inondazioni marine, anche gli olandesi risposero alla minaccia inventando case galleggianti. Nel Regno Unito, sono stati stanziati 1,8 miliardi di sterline per proteggere Londra e i suoi sobborghi a causa della minaccia che l’acqua che passa attraverso l’estuario del Tamigi potrebbe rappresentare nei prossimi 100 anni. Allo stesso tempo, il sud dell’Inghilterra è regolarmente colpito da inondazioni invernali. In pericolo anche Barcellona, Istanbul, Dublino e intere regioni del Belgio e dei Paesi Bassi.
Tutto ciò significa che i politici e i legislatori europei devono agire immediatamente per prevenire il disastro. L’approccio per risolvere il problema è duplice. Da un lato si tratta della costruzione di barriere per proteggere le zone costiere dall'acqua. D'altra parte, e questo non è meno importante, finché c'è tempo, è necessario ridurre al minimo i danni causati all'ambiente, a causa dei quali il livello dei mari mondiali continua a salire. Entrambe queste misure richiedono un costante aggiornamento delle informazioni sull’evoluzione costa.
Il programma Copernicus fornisce informazioni vitali per combattere il cambiamento climatico. "Il monitoraggio dei livelli dell'acqua negli oceani del mondo è fondamentale per tenere traccia dei cambiamenti climatici sul pianeta", afferma Jean-Noël Thépault, direttore del programma Copernicus. “È importante che i funzionari governativi e i politici abbiano una comprensione completa del cambiamento climatico e di come esso influisca sui diversi aspetti della vita sul pianeta”. Ecco perché il programma Copernicus monitora non solo il livello dell’acqua negli oceani, ma anche la sua formazione ghiaccio marino, temperatura del mare e contenuto di umidità sulla terraferma (nel suolo). “È importante per noi adottare un approccio integrato a quello che chiamiamo ‘ciclo dell’acqua’ perché ci aiuta a monitorare l’evoluzione del clima del pianeta”.
I progetti infrastrutturali su larga scala in futuro terranno sicuramente conto dell’innalzamento del livello del mare
Una delle organizzazioni che forniscono informazioni al programma di monitoraggio dei cambiamenti climatici Copernicus è l’istituto di ricerca francese CLS, che monitora lo sviluppo marino. Come osserva Gilles Larnicol, capo dell'oceanografia presso CLS, ruolo chiave tale organizzazione ha lo scopo di garantire l'accuratezza e l'affidabilità dei dati raccolti, estremamente importanti per le successive decisioni. “Ogni volta che un nuovo porto o grande edificio, la loro costruzione deve tenere conto del livello dell'acqua previsto negli oceani del mondo”, afferma Gilles Larnicol. “Il modello IPCC è centrale in questo contesto, ma è anche importante confrontare le informazioni con altre fonti, come i dati raccolti dal CLS”.
Le osservazioni del livello globale del mare sono diventate un indicatore così importante del riscaldamento globale che la Conferenza delle Nazioni Unite sul clima dello scorso anno ha dedicato due intere giornate al problema. L’accordo di Parigi, che limita l’aumento della temperatura globale a 1,5-2°C fino alla fine del 21° secolo, è stato firmato da 194 paesi. Jean-Noël Thépault, responsabile del programma Copernicus, ritiene che ci sia motivo di ottimismo: “L’obiettivo è difficile, ma se i paesi rispetteranno gli impegni assunti per raggiungerlo, riducendo le emissioni nocive nell’atmosfera, sarà possibile minimizzare l’effetto del cambiamento climatico, limitando l’aumento delle temperature a un livello accettabile e, di conseguenza, riducendo l’innalzamento del livello dell’acqua negli oceani del mondo”.
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