Oceanologia

Inseguendo i "buchi neri" del mare

Secondo i ricercatori dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Miami, alcuni dei più grandi vortici oceanici della Terra sono matematicamente equivalenti ai misteriosi buchi neri dello spazio. Questi vortici sono così strettamente schermati da percorsi d'acqua circolari, che nulla di quel che viene coinvolto sfugge loro.

Gli inverni nel Nord Europa risentono dell'influenza della Corrente del Golfo, che fa parte di quelle correnti oceaniche che hanno un impatto sul clima. Tuttavia, il nostro clima è influenzato anche da enormi vortici di oltre 150 chilometri di diametro, che ruotano e vanno alla deriva attraverso l'oceano. Il loro numero è riferito in aumento nell'Oceano Antartico, aumentando il trasporto verso nord di acqua calda e salata. Curiosamente, questo potrebbe moderare l'impatto negativo della fusione del ghiaccio del mare in un clima sempre più caldo (!)...

Tuttavia, gli scienziati sono stati finora in grado di quantificare questo impatto, perché i confini esatti di questi corpi idrici vorticosi sono rimasti inosservabili. George Haller, docente al Politecnico di Zurigo, e Francisco Beron-Vera,  Professore e ricercatore di oceanografia presso l'Università di Miami, hanno ora messo a punto una soluzione a questo problema. In un articolo appena pubblicato sul Journal of Fluid Mechanics, sviluppano una nuova tecnica matematica per trovare i vortici d'acqua.

La sfida nel trovare tali vortici è quello di individuare le isole di acqua coerenti in un oceano turbolento. Il movimento fluido, rotante e alla deriva, appare caotico all'osservatore sia all'interno che all'esterno di un vortice. Haller e Beron-Vera sono stati in grado di riportare l'ordine in questo caos, isolando isole d'acqua coerenti da una sequenza di osservazioni satellitari. Con loro grande sorpresa, questi vortici coerenti risultato essere matematicamente equivalenti a buchi neri.

Senza via d'uscita dal vortice

I Buchi neri sono oggetti nello spazio con una massa così grande che attirano tutto ciò che viene entro una certa distanza da loro. Nulla di ciò che si avvicina troppo può sfuggire, nemmeno la luce. Ma ad una distanza critica, un fascio di luce non ha più spirali nel buco nero. Piuttosto, piega e torna alla sua posizione originale, formando un orbita circolare. Una barriera superficiale formata da orbite di luce chiuse che si chiama sfera di fotoni, nella teoria della relatività di Einstein.

Haller e Beron-Vera hanno scoperto simili barriere chiuse intorno ai vortici oceanici. In queste barriere, le particelle fluide si muovono in circuiti chiusi, simili al percorso della luce in una sfera di fotoni. E come in un buco nero, nulla può sfuggire dall'interno di questi vortici, nemmeno l'acqua.

Sono proprio queste barriere che aiutano a individuare coerentemente i vortici oceanici nella vasta quantità di dati osservativi disponibili. Secondo Haller, il fatto stesso che esistono tali orbite d'acqua coerenti tra correnti oceaniche complesse è sorprendente.

Poichè i vortici oceanici tipo "black-hole" sono stabili, funzionano allo stesso modo di un veicolo di trasporto non solo per i microrganismi quali plancton o corpi estranei come rifiuti di plastica o olio, ma anche per l'acqua con un contenuto di sale e di calore che può differire dall'acqua circostante. Haller e Beron-Vera hanno verificato questa osservazione per gli anelli di Agulhas, un gruppo di vortici oceanici che emergono regolarmente nell'Oceano Meridionale al largo della punta meridionale dell'Africa, trasportando le calde acque salate di nord-ovest. I ricercatori hanno identificato sette anelli di Agulhas del tipo di buco nero, che hanno trasportato la stessa massa d'acqua senza perdite per quasi un anno.

Haller ricorda che i vortici coerenti simili esistono in altri flussi complessi al di fuori del mare. In questo senso, molti vortici sono probabilmente simili a buchi neri. Anche la Grande Macchia Rossa, una tempesta stazionaria sul pianeta Giove, potrebbe essere solo l'esempio più spettacolare di un tipo di vortice buco nero. "I matematici hanno cercato di comprendere tali vortici particolarmente coerenti nei flussi turbolenti per un tempo molto lungo", spiega Haller.

In particolare, la prima persona a descrivere i vortici oceanici come isole d'acqua coerenti, può essere stata lo scrittore americano Edgar Allan Poe. Nel suo racconto "Una discesa nel Maelstrom", ha immaginato una cintura stabile di schiuma intorno a un vortice. Ciò è servito come ispirazione per Haller e Beron-Vera per andare a scovare trovare questi nastri trasportatori, l'equivalente oceanico delle sfere di fotoni, utilizzando sofisticate formule matematiche. I loro risultati sono attesi per aiutare a risolvere una serie di enigmi oceanici, che vanno da questioni legate al clima alla diffusione di modelli di inquinamento ambientale.

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