1 Introduzione. In questa tesina analizzeremo due sistemi estuarili concreti: quello del Po

Transcript

1 1 Introduzione In questa tesina analizzeremo due sistemi estuarili concreti: quello del Po e del Tevere sottoposti a forzanti complessivamente diversi. Dopo di che analizzeremo la dinamica della rete trofica sia pelagica sia bentonica e ipotizzeremo i possibili cambiamenti a seguito di una modificazione di forzanti. Per inquadrare l argomento da trattare introdurremo delle nozioni fondamentali sugli estuari, dal punto di vista sedimentologico (Lucchi) e dell oceanografia Fisica-Biologica (Mann e Pickard). Alla fine della tesina si trovano allegate le figure e tabelle menzionate nel testo. La tesina è corredata da un piccolo glossario e da una bibliografia. 2

2 2 Nozioni sull oceanografia fisicobiologica riguardo agli estuari. Definizione: un estuario è un corpo semi-circondato costiero d acqua, che ha una connessione libera con il mare aperto e dentro c è diluita una fresh water derivata dal run-off del fiume. La seguente documentazione fa riferimento alla bibliografia 1) e 2) Circolazione estuarina: Dalla definizione possiamo dire che un estuario è una baia,parte di una baia o una stretta insenatura dove arrivano degli apporti della fresh water dai fiumi riducendo la salinità del mare aperto. Quando l apporto della fresh water del fiume raggiunge il mare aperto, questa essendo meno salata, di conseguenza più leggera dell acqua di mare aperto, galleggia sopra quest ultima.fig La principale forza che guida la circolazione estuarina è il gradiente di pressione orizzontale creata della differenza di densità tra le nuove acque ben 3

3 stratificate in salinità e temperatura (vicino alla bocca del delta) e le acque salate residenti (di mare aperto). Creandosi così una differenza d altezza h tra le due acque menzionate prima (acque stratificate più alte di quelle di mare aperto). Come l acqua più leggera scorre sopra lo strato più pesante (sottostante) verso il mare aperto,la turbolenza nell acqua causa mescola insieme i due strati, cosi riducendo le differenze esistenti tra i due strati.lo strato superiore diviene più spesso,aumenta in densità, e rallenta. I moti turbolenti che mescolano lo strato superiore dell estuario con lo strato più salato sottostante,può essere generato da differenti processi : Rottura delle onde in superficie e flusso burrascoso al di sopra del fondo. Ma Il maggior responsabile della turbolenza sono la rottura delle onde sull interfaccia tra i due strati.queste onde interne sono generate sull interfaccia di densità dalle onde di vento sulla superficie, fluttuazioni di pressione nell atmosfera, flusso sotto l irregolarità della batimetria del fondo e altri fattori. La turbolenza è stimata dal numero dimensinale di Richardson che rappresenta un rapporto di due forze opposte : una che tende a mantenere il livello della densità dell interfaccia e uno che tende ad aumentare la dimensione delle onde.il primo è generato dal cambio di densità attraverso l interfaccia,che crea una forza di buoyancy limitando l ampiezza delle onde. 4

4 L energia di aumento dell ampiezza delle onde è generato dalla differenza di velocità tra i due strati.la forza di buoyancy è rappresentata dalla radice della frequenza di Brunt-Vaisala mentre l energia disponibile nello shear flow è rappresentata dalla radice del gradiente di velocità. Ri= ((g/ρ)*(dρ/dz))/( u/ z) ² -Se questo numero è alto le forze di buoyancy associate con la stratificazione di densità sono forti, e le onde sull interfaccia non aumentano e ne si rompono ma tendono a essere smorzate. Infatti se Ri>0.25, le onde di tutta la lunghezza d onda sono stabili - Se la differenza di densità decresce o lo shear aumenta abbiamo che Ri<0.25,cosi le onde aumenteranno in ampiezza,prendendo energia sullo shear di velocità e eventualmente diventare instabile Differenti tipi d estuari: La circolazione estuarina descritta prima la troviamo in molti estuari ma ci sono molti processi che possono alterare il modello basico tra cui i più importanti: la variazione di fresh water run off e la variazione delle maree (più influenti negli oceani). 5

5 Abbiamo tre tipi fondamentali di circolazioni estuarina: 1) SALT WEDGE ESTUARY (paragrafo 3.4, punto di vista Geo fisico) 2) TIDALLY MIXED ESTUARY. 3) Bacino profondo interno separato dal continental shelf attraverso una shallow sill vicino la bocca. Spiegazioni: 1) Per quanto riguarda la Salt wedge estuary, possiamo dire che in alcuni estuari la pendenza dove il fiume raggiunge il livello del mare è dolce e il flusso del fiume è forte abbastanza per trascinare lo strato d acqua di mare il più lontano possibile dalla bocca dell estuario. Dalla fig 2.02 possiamo notare una forma a cuneo (wedge) dello strato d acqua inferiore, da ciò prende il nome già menzionato prima. Il cambiamento di salinità ai confini tra i due strati porta alla flocculazione e caduta di particelle fini trattenute in sospensione. La maggior parte di queste particelle si addensano alla punta del cuneo con formazione del massimo di turbidità. In definitiva questo tipo di estuario è influenzato da un fresh water runoff elevato, rispetto al modello base descritto nel paragrafo 2.1. (es: fiume Mississippi) 6

6 2) Questo tipo di circolazione estuarina é dominata dalle correnti di marea che producono abbastanza turbolenza da cambiare completamente la circolazione estuarina di base così da creare stratificazioni verticali, con isoaline d uguale salinità, con valori alti di S al largo e valori bassi di salinità vicino alla bocca dell estuario,per influenza delle acque dolci del fiume (fig. 2.03). 3) Questo tipo di estuario è caratterizzato da una classica circolazione estuarina in superficie,invece le acque del bacino profondo sono isolate dalle acque del continental shelf e sono fatte scorrere solo a intervalli regolari quando c è un influsso sopra la bocca di acqua sufficientemente densa da rimpiazzarle. La sezione longitudinale dell estuario nella Fig 2.04 ci mostra la batimetria del fiordo,con una sill in B separando le acque del continental shelf dal bacino profondo in A. Nel bacino profondo(a) la densità decresce lentamente dovuto alla diffusione turbolenta verticale è l unico meccanismo che scambia acqua tra lo strato superiore leggero e le acque profonde più dense. 7

7 2.1 L effetto della Fresh water run-off sulla produzione primaria negli estuari. In generale quando abbiamo un massimo di fresh water run off, si crea una buona stratificazione della colonna d acqua davanti alla bocca dell estuario, da ciò si ha una condizione di stabilità. Queste buone condizioni insieme agli upwelling favoriscono il bloom di fitoplancton. Fattori che possono inibire una fioritura di fitoplancton sono soprattutto le correnti di maree, che mescolano la colonna d acqua così da impedire una buona stratificazione della colonna d acqua. Altri fattori sono la differenza E-P (evaporazione-precipitazioni), che possono incidere sulla stabilità della colonna d acqua positivamente (E-P<0) e negativamente se (E-P>0). Le maree sotto costa favoriscono l accumulo di ossigeno in profondità per mescolamento delle acque facendo risalire azoto e fosforo in superficie. Quindi, l alternanza tra upwhelling di nutrienti e stratificazione porta a condizioni molto alte di produzione primaria (es. York river estuary). Concludendo i fattori più importanti che apportano fioritura del fitoplankton sono: - Upwhelling sotto costa 8

8 - Massimo di fresh water run off (porta a stratificazione o formazione del termoclino) - E-P<0 - Presenza di luce per la fioritura del fitoplankton. - Apporto di Nutrienti. - Salinità bassa in superficie, per avere una certa stabilità della colonna d acqua. - Stabilità della colonna d acqua Fattori inibitori di bloom: - Le correnti di marea. Fattore positivo per il comparto bentonico. - La diminuzione di pioggia a monte del fiume non permette il dilavamento dei terreni e quindi non c è rilascio di nutrienti nel fiume. A mare è un fattore inibitore di stabilità, positivo per il comparto bentonico. - La presenza di boschi non permette il rilascio di nutrienti nel fiume, quindi il ciclo del C è interno (o chiuso). - Mixing della colonna d acqua (per es. dovuto alle correnti di marea), positivo per il comparto bentonico. 9