Gruppo di Inuit che si spostano sulla banchisa
con le slitte trainati dai cani.
Le grandi riserve di acqua dolce disponibili sulla
Terra si collocano nelle masse dei ghiacci continentali e nelle calotte
artiche, comprese le aree di dispersione periglaciali.
In particolare, nelle regioni circumpolari la temperatura
atmosferica scende talmente da provocare sulla superficie dell’oceano
la formazione di ghiaccio che ricopre vaste estensioni di questi mari.
Si tratta della banchisa o pack, uno strato continuo di ghiaccio il cui
spessore solo raramente supera i 3 m.
L’estensione della banchisa cambia notevolmente nel
corso dell’anno in conseguenza delle variazioni stagionali della temperatura.
Questo tipo di ghiaccio ha origine e caratteristiche molto diverse da
quello che, sempre nelle aree polari, si forma sulla terraferma e che
è costituito da lingue glaciali che arrivano fino al mare.
La formazione del ghiaccio marino comincia quando
la temperatura dello strato superficiale dell’oceano a contatto con l’atmosfera
scende fino alla temperatura di congelamento dell’acqua di mare che, come
sapete, è diversa da quella dell’acqua dolce.
Per comprendere come avviene il fenomeno bisogna tenere
presente che l’acqua non raggiunge il punto di massima densità in
coincidenza del suo punto di congelamento, come avviene per gli
altri liquidi. L’acqua dolce, che per comodità consideriamo equivalente
all’acqua chimicamente pura, quando viene raffreddata da temperature superiori
raggiunge il punto di massima densità a circa +4° C (esattamente
a +3,97° C). Se la temperatura diminuisce ulteriormente, la densità diminuisce
di nuovo perché l’acqua aumenta il suo volume. Quando giunge alla temperatura
di 0° C, inizia la formazione del ghiaccio; questo è meno
denso dell’acqua e galleggia su di essa.
La presenza di ioni minerali nell’acqua di mare fa
diminuire sia la temperatura di congelamento dell’acqua, sia il punto
di massima densità, ma quest’ultimo decresce più velocemente della temperatura
di congelamento.
La temperatura di massima densità raggiunge quella
di congelamento a -1,33° C, in corrispondenza di un valore di salinità
di poco inferiore al 25°/°°, ben inferiore a quella dell’acqua
di mare. Di conseguenza l’acqua oceanica non raggiunge mai la temperatura
di massima densità perché inizia prima il processo di formazione del ghiaccio.
Le acque oceaniche circumpolari, che hanno una salinità compresa tra 32°/°°
e 34°/°°, raggiungono la temperatura di congelamento a circa
-2° C ed è al di sotto di questa temperatura che ‘comincia
a formarsi il ghiaccio sulla superficie del mare.
Va tenuto presente che il ghiaccio che si forma per
congelamento dell’acqua marina è costituito da acqua pura; in altri termini
gli ioni (“i sali disciolti”) presenti nell’acqua di mare non
vengono incorporati nel ghiaccio, ma restano in soluzione, aumentandone
ulteriormente la densità. Perciò l’acqua che si trova immediatamente al
di sotto dello strato di ghiaccio in formazione aumenta la sua salinità,
il che fa abbassare ulteriormente il punto del suo congelamento.
Perché anch’essa dia origine a ghiaccio, bisogna però
che la temperatura dell’acqua diminuisca ancora.
L’acqua di mare, quindi, non ha un punto di congelamento
specifico perché la temperatura di congelamento si abbassa a mano a mano
che la salinità aumenta in conseguenza della formazione del ghiaccio stesso.
Il processo di formazione del ghiaccio non procede però all’infinito e
ciò per varie ragioni.
Innanzitutto l’acqua oceanica si raffredda perché
cede calore all’atmosfera, che ha una temperatura molto più bassa; ma
lo strato di ghiaccio che si forma agisce esso stesso da isolante, rallentando
la dispersione del calore e quindi rallentando la diminuzione di temperatura.
Inoltre, l’acqua che resta in seguito al congelamento
dell’acqua superficiale ha maggiore salinità ed è più densa; per questo
sprofonda, richiamando acqua sottostante meno densa e più calda che impedisce
alla temperatura di diminuire ulteriormente.
Infine, nemmeno l’eventuale accumulo di neve sulla
superficie del ghiaccio riesce a far aumentare lo spessore della banchisa
al di sopra del valore normale.
L’aumento del peso dovuto alla neve fa infatti sprofondare
il ghiaccio; questo nella parte bassa incontra acqua più calda che ne
fa sciogliere una quantità equivalente alla neve depositatasi in superficie.
La formazione della banchisa avviene secondo delle
modalità caratteristiche. Inizialmente la superficie del mare si copre
di piccoli cristalli di ghiaccio, delle dimensioni di 1-2 cm e
di forma esagonale: questi cristalli fanno aumentare la viscosità dell’acqua
perché formano sulla superficie una specie di “poltiglia” di ghiaccio;
la poltiglia dà poi origine, per aggregazione, a uno strato superficiale
di ghiaccio, sottile e poroso, sotto forma di placche di circa 1 m di
diametro e dai bordi rialzati, chiamate pancake-ice (frittella
di ghiaccio).
Le placche in seguito si uniscono a formare il ghiaccio
marino giovane, che può essere rotto per azione delle onde e del vento
in grandi lastroni; questi vengono impilati in modo caotico fino a formare
delle montagnole di ghiaccio alte una decina di metri dette hummock
(poggi di ghiaccio). Alla fine, quando la temperatura dell’atmosfera
è sufficientemente bassa, tutti i lastroni si uniscono e danno origine
alla banchisa, che dura per qualche anno e che, spinta dai venti
e dalle correnti marine, va alla deriva attorno all’Antartide o nel Mar
Glaciale Artico.
È possibile navigare attraverso la banchisa usando
particolari tipi di navi, dette rompighiaccio, capaci di aprirsi un varco
nella banchisa. La nazione con più esperienza nella costruzione di queste
navi è certamente la Russia, che le impiega per la navigazione nel Mar
Bianco, nel Mare di Barents e negli altri mari costieri del nord della
Siberia.
Per poter spiegare
il fenomeno ai bambini delle elementari (ma non solo) potremmo proporre
quanto segue:
A) Osservare che cosa
succede in giornate particolarmente fredde lungo un corso d’acqua, quando
l’acqua evapora e dalla fase di vapore passa direttamente alla fase solida
(processo di brinazione, che è compreso nelle sublimazioni) rivestendo
arbusti, piante ed erbe secche che si trovano nei paraggi.
B) Si prende un recipiente
di acqua calda (es. alla temperatura di 30° C circa); si versa all’interno
un cucchiaio di sale: simuliamo in questo modo il nostro oceano.
Si fa assaggiare l’acqua
salata.
Si dispone trasversalmente,
alla sommità del recipiente, un ferro da calza su cui si è arrotolata
un po’ di lana. La lana, che funziona da germe di cristallizzazione, non
dovrebbe toccare la superficie della soluzione.
Si dispone poi il tutto
per una notte all’aperto, se siamo d’inverno, oppure nel freezer del frigorifero
per una mezz’ora circa.
Alla fine si osserva
la formazione di ghiaccio sulla superficie della lana: ghiaccio che, assaggiato,
è insapore.