(Mar Ionio, tra la Puglia e la Grecia; foto courtesy Wikipedia)
Nel rispondere alle richieste dei ns lettori, appassionati di ‘Nautica, su come si misura la profondità del mare, si riportano le seguenti note, con il solo scopo di divulgare l’argomento.
La misura della profondità del mare: principi e metodi scientifici
Navigare tenendo d’occhio il fondale è importante, particolarmente in tempo di nebbia in zone dove le indicazioni radar sono poco utilizzabili perché la costa è uniforme, bassa, lontana. Perciò, misurare il battente d’acqua sotto la chiglia è importante per avere una guida sicura nella Navigazione Costiera.
Conoscere la profondità del mare è fondamentale per la navigazione, per la costruzione di porti e infrastrutture sottomarine e per lo studio degli ecosistemi marini.
La profondità del fondale, infatti, non è uguale in tutti i punti: vicino alla costa può essere di pochi metri, mentre nelle grandi fosse oceaniche può raggiungere gli 11.000 metri, (il Mar Ionio è il bacino più profondo del Mediterraneo, 5267 metri nella fossa Calipso; il Mar Nero ha una profondità media di 1.253 metri). Per misurarla con precisione sono stati sviluppati diversi strumenti e metodi, che nel corso del tempo sono diventati sempre più sofisticati.
La profondità del mare è la distanza verticale tra la superficie dell’acqua e il fondale.
La sua misurazione, chiamata batimetria, è una disciplina fondamentale dell’oceanografia e della geofisica marina.
Determinare con precisione la forma e la profondità dei fondali permette di studiare la struttura degli oceani, analizzare i processi geologici, individuare habitat marini e garantire la sicurezza della navigazione.
Uno dei metodi più semplici per determinare la profondità consiste nell’utilizzare uno scandaglio a filo. Un peso viene calato dalla superficie fino a raggiungere il fondale e la lunghezza del cavo srotolato fornisce una misura approssimativa della profondità. Questo sistema era utilizzato soprattutto in passato, ma aveva alcuni inconvenienti: era lento, richiedeva molto lavoro e permetteva di misurare la profondità solamente in un punto alla volta. Inoltre, correnti e movimento della nave potevano rendere la misurazione meno precisa.
Sebbene questo sistema abbia un’importanza soprattutto storica, il suo principio evidenzia il problema fondamentale della batimetria: è necessario determinare con precisione la distanza tra la superficie e il fondo.
Oggi, la tecnica più utilizzata è l’ecoscandaglio, basato sulla propagazione delle onde acustiche nell’acqua.
Un trasduttore collocato sotto una nave emette un impulso sonoro diretto verso il fondale. Quando l’onda raggiunge il fondo, una parte dell’energia viene riflessa verso la superficie e viene registrata dallo stesso strumento. Misurando il tempo di andata e ritorno dell’impulso, è possibile calcolare la profondità.
Il calcolo può essere espresso, in forma semplificata, dalla relazione:
d = v · t / 2
dove d rappresenta la profondità, v la velocità del suono nell’acqua e t il tempo misurato tra l’emissione (1a) e la ricezione dell’eco (2a). Il fattore 2 è necessario perché il segnale percorre due volte la distanza tra la superficie e il fondale: una volta durante la discesa e una durante la risalita.
La velocità del suono nell’acqua, tuttavia, non è costante. Dipende principalmente da temperatura, salinità e pressione. In generale, aumenta all’aumentare della temperatura, della salinità e della pressione. Per questo motivo, nelle misure scientifiche è necessario conoscere le caratteristiche fisiche della colonna d’acqua e applicare opportune correzioni.
Un errore nella stima della velocità del suono può infatti produrre un errore significativo nella profondità calcolata.
Ecoscandagli multibeam
Per ottenere una rappresentazione dettagliata del fondale si utilizzano gli ecoscandagli multibeam.
Questi strumenti emettono simultaneamente numerosi fasci acustici con angolazioni differenti, permettendo di misurare la profondità di una fascia molto più ampia rispetto a quella coperta da un singolo fascio verticale.
I dati raccolti vengono associati alla posizione della nave e successivamente elaborati al computer per produrre una carta batimetrica o un modello tridimensionale del fondale.
Un altro sistema utilizzato per studiare la profondità dei mari è il SONAR, acronimo di Sound Navigation and Ranging. Il sonar utilizza anch’esso le onde sonore e può essere impiegato non solo per misurare la profondità, ma anche per individuare oggetti e strutture presenti sotto la superficie.
La precisione delle misurazioni dipende anche dalla conoscenza della posizione e dell’assetto della nave. Per questo le moderne campagne batimetriche integrano gli ecoscandagli con sistemi di posizionamento satellitare, come il GNSS o GPS e con sensori che misurano il movimento dell’imbarcazione.
È necessario inoltre considerare fenomeni come il moto ondoso, il rollio, il beccheggio e le variazioni del livello del mare. Tutti questi fattori vengono corretti durante l’elaborazione dei dati.
Batimetria satellitare
Un ruolo importante è svolto anche dai satelliti. La batimetria satellitare non misura normalmente direttamente il fondale, ma sfrutta le piccole variazioni della superficie marina provocate dalla presenza di strutture geologiche sottomarine.
Le grandi montagne e fosse oceaniche modificano infatti localmente il campo gravitazionale terrestre e, di conseguenza, la forma della superficie del mare. Le osservazioni satellitari permettono quindi di ottenere informazioni su vaste aree oceaniche, anche se con una risoluzione generalmente inferiore rispetto alle misure acustiche effettuate direttamente in mare.
Le informazioni ottenute attraverso questi diversi metodi vengono integrate per costruire mappe sempre più precise della morfologia degli oceani. La batimetria consente così di individuare dorsali oceaniche, fosse abissali, canyon sottomarini e vulcani sommersi, fornendo importanti informazioni sulla dinamica della crosta terrestre e sulla formazione dei fondali.
In conclusione, la misura della profondità marina è il risultato dell’applicazione di principi di acustica, fisica, geodesia e oceanografia. La misurazione della profondità del mare è passata da tecniche semplici, come il piombo di scandaglio, a sistemi tecnologicamente molto avanzati basati sulle onde sonore, sui satelliti e sull’elaborazione digitale dei dati.
Grazie a queste tecnologie è oggi possibile conoscere con grande precisione la forma dei fondali e costruire dettagliate mappe degli oceani.
Studiare la profondità marina non serve soltanto a facilitare la navigazione, ma permette anche di comprendere meglio il nostro pianeta e gli ambienti che si trovano sotto la superficie dell’acqua.
L’ecoscandaglio determina la distanza dal fondale attraverso la misura del tempo di propagazione delle onde sonore, mentre i sistemi multibeam permettono di estendere le misurazioni a vaste superfici. L’integrazione con dati satellitari e sistemi di posizionamento consente infine di ottenere modelli dettagliati della superficie e del fondale oceanico.
La batimetria rappresenta quindi uno strumento essenziale non solo per la navigazione, ma anche per la ricerca scientifica e per la comprensione della struttura e dell’evoluzione della Terra.
Infatti, misurare la profondità del mare è importante anche per motivi di sicurezza.
Le navi hanno bisogno di conoscere la profondità dell’acqua per evitare di urtare il fondale, soprattutto quando attraversano porti, canali e zone costiere.
Oggi, i sensori di profondità dell’acqua sono strumenti fondamentali per un monitoraggio subacqueo accurato su veicoli di superficie senza equipaggio (USV), veicoli subacquei senza equipaggio (UUV) e imbarcazioni.
Questi dispositivi, tra cui ecoscandagli avanzati e digitalizzati, consentono misurazioni multisensoriali precise, garantendo una navigazione sicura e una raccolta dati efficace in ambienti marini. Dalle acque poco profonde agli oceani profondi, comprendere il ruolo di questi sensori nel fornire informazioni in tempo reale sulla profondità è essenziale per ottimizzare le prestazioni di una nave e garantire una navigazione sicura.
Abele Carruezzo
