Quando il vento soffia sulla superficie calma del mare, l'attrito che l'acqua oppone allo scorrimento dell'aria si trasforma in piccole increspature dell'acqua che, se il vento dura solo un istante, spariscono subito. Se invece il vento dura un poco, si formano delle ondulazioni, delle piccole onde e infine delle onde vere e proprie, che corrono sull'acqua nella direzione del vento.
Il vento ha sul mare lo stesso effetto, anche se meno violento, di un grosso sasso lanciato in uno stagno: fa nascere dei treni d'onda. Precisiamo subito che sono le onde (la forma dell'onda) a spostarsi, e non l'acqua. Le particelle d'acqua, al passaggio di ogni onda, si limitano a fare un movimento orbitale di saliscendi; possiamo farci un'idea di questo movimento guardando una bottiglia oscillare in balìa dei flutti: quando arriva un'onda, la bottiglia si alza sulla cresta e parte un po' in avanti; dopo che la cresta è passata, la bottiglia scende nel cavo e ritorna un po' indietro, ritrovandosi circa al punto di partenza. Possiamo provare la sensazione di questo movimento quando navighiamo con il mare a poppa; se le onde sono abbastanza grosse, la barca accelera davanti alla cresta dell'onda, e frena dietro di essa.
Le onde quindi non sono quello spostamento orizzontale dell'acqua che ci sembra di vedere ad uno sguardo poco attento.
Caratteristiche delle onde
Le onde sono caratterizzate dalle loro dimensioni: l'altezza, che è la distanza verticale tra la sommità della cresta e il fondo del cavo; la lunghezza (più precisamente lunghezza d'onda), che è la distanza orizzontale tra due creste o due cavi. Il rapporto tra altezza e lunghezza determina la ripidità dell'onda. Un'onda è sempre molto più lunga che alta e la sua ripidità diventa critica quando il rapporto tra altezza e lunghezza è di uno a sette. A questo punto, se la ripidità aumenta ancora, l'onda non riesce a sopportare il suo peso, si rompe e diventa un frangente; e in questo caso si ha davvero uno spostamento orizzontale dell'acqua.
Un altro aspetto caratteristico di un'onda è la profondità fino alla quale il suo movimento è percepibile. L'ampiezza di un'onda diminuisce velocemente all'aumentare della profondità (3 metri di ampiezza in superficie diventano 75 cm. a 12 metri e 35 cm. a 20 metri): in piena tempesta in superficie, in un sottomarino a 100 metri di profondità è calma piatta.
Infine, l'onda si sposta (ricordiamo ancora una volta che è solo la forma dell'onda che si sposta). Un'onda fa parte di un treno di onde (serie di onde che hanno circa la stessa direzione), che ha un suo ritmo di spostamento determinato dal periodo (tempo che trascorre tra il passaggio di due creste dallo stesso punto) e dalla celerità (velocità di propagazione del fenomeno ondulatorio).
Al largo, dove l'acqua è abbastanza profonda da non disturbare il moto ondoso, le caratteristiche dell'onda sono espresse dalle seguenti formule, dove la lunghezza dell'onda L è espressa in metri, il periodo T in secondi e la velocità di propagazione V in nodi:
L = 1,5 x T²
V = 3 x T
(formule approssimative)
Invece, vicino alla costa, la profondità del fondale diventa il fattore predominante che influisce sullo stato del mare. Quando la profondità dell'acqua diventa inferiore a metà della lunghezza dell'onda, la sua velocità diminuisce. Allora il movimento delle particelle d'acqua non è più circolare, ma diventa un'ellisse, sempre più piatta al diminuire della profondità, fino a diventare un movimento di va e vieni orizzontale. A questo punto la velocità dell'onda dipende solo dalla profondità del fondale sul quale essa passa: quindi sui bassi fondali, in uno stesso punto tutte le onde si propagano alla stessa velocità, pur mantenendo il loro periodo iniziale. Al diminuire della profondità la velocità delle onde diminuisce, la loro lunghezza si riduce in proporzione e la ripidità supera il punto critico; per questo motivo le onde frangono vicino alla riva e sulle secche.
Mare vivo
Si chiama mare vivo il sistema ondoso formato dall'azione diretta del vento nella zona dove esso soffia e che si sposta nella sua stessa direzione.
Quando il vento comincia a soffiare su un mare calmo, la dimensione delle onde che esso provoca dipende da tre fattori: l'intensità del vento, la durata della sua azione e la distanza sulla quale non incontra ostacoli o non cambia direzione (fetch).
Le onde iniziano a svilupparsi in altezza: alla loro nascita esse sono molto ripide perché la loro velocità è ancora debole rispetto a quella del vento. Se il vento si mantiene, le onde si allungano un po' alla volta: altezza, lunghezza, periodo e velocità aumentano progressivamente e raggiungono un valore massimo che dipende dall'intensità del vento. Se il vento continua a soffiare per più giorni, ma la sua intensità non cambia, le caratteristiche delle onde resteranno immutate.
Se invece il fetch è troppo corto, la forma delle onde non può dispiegarsi in pieno. Quando le prime onde, nate dove il vento ha iniziato a soffiare, raggiungono il limite del fetch (per esempio la costa) si stabilisce un equilibrio: anche in questo caso non ha importanza per quanto tempo il vento continua a soffiare, purché la sua intensità rimanga stabile. Più il fetch è corto, meno le onde diventano grandi (si allungano un poco e la distanza tra le onde rimane piccola). Per questo motivo non è detto che la navigazione in uno specchio d'acqua limitato sia più piacevole che al largo: le onde non possono allungarsi, sono corte, ripide e picchiano duro.
Infine, notiamo che il vento non è mai perfettamente regolare, nè in intensità nè in direzione, e di conseguenza l'aspetto del mare da vento non è anch'esso quasi mai omogeneo: vi sono onde più corte di altre e alcune che provengono un po' di traverso. Se il vento cambia nettamente direzione, il primo sistema ondoso si attenua lentamente e le frattempo si combina con il nuovo sistema che si va formando: queste onde, che hanno età e direzione diverse, si incontrano e si aggrovigliano. Il mare diventa disordinato e l'acqua salta facilmente sul ponte della barca.
Il fetch
Si usa la parola fetch per definire per quanto tempo (o su che distanza) il vento soffia nella stessa direzione su un mare libero da ostacoli. Determina contemporanemante un tempo e una distanza. Infatti, è indifferente dire un fetch di 24 ore piuttosto che un fetch di 500 miglia, in quanto il risultato sullo stato del mare è all'occasione quasi identico.
La grandezza delle onde dipende dalla durata del vento. Un vento forza 4 in qualche ora alza un mare "poco mosso" che, se il vento si mantiene, tende a diventare "molto mosso". Un vento forza 7 forma velocemente un mare "molto mosso" che diventa poi "molto agitato". Il periodo dell'onda (tempo che trascorre tra il passaggio di due creste nello stesso punto) si allunga in proporzione.
Onda lunga
A volte è possibile osservare un pulsare diverso dal disordine del mare vivo, un'onda più lenta e più ampia, che spesso si propaga in una direzione ben diversa da quella del vento in atto e che sembra dotata di una vita autonoma: è l'onda lunga.
Le onde normali diventano onde lunghe dal momento in cui escono dalla zona dove soffia il vento che le ha fatte nascere: per dirla in termini tecnici, quando lasciano la loro area generatrice. Le onde create per esempio da un vento che ha soffiato molto lontano nel nord Atlantico, e che poi è cessato o ha cambiato direzione, hanno immagazzinato una grandissima energia (parliamo di milioni di CV che galoppano sul mare). Esse si attenuano molto lentamente. Per prime spariscono le onde più corte e poi progressivamente si stabilisce un movimento ondoso regolare ed armonioso. Poco alla volta l'altezza delle onde diminuisce, mentre la loro lunghezza aumenta, il che spiega perché la lunghezza di un'onda lunga è di solito maggiore di quella delle onde del mare vivo.
L'onda lunga può percorrere centinaia o migliaia di miglia. Essa dura tanto più a lungo quanto maggiore è la sua lunghezza d'onda. A volte l'onda lunga annuncia cattivo tempo e molto spesso precede le perturbazioni che l'hanno generata. Per questo motivo è bene stare in guardia quando, col bel tempo, comincia ad esserci della risacca, anche se nelle nostre regioni l'onda lunga non è una buona fonte di previsione, perché si propaga più lentamente delle depressioni. In ogni caso essa fornisce buone indicazioni sulle condizioni meteorologiche generali.
Onde molto grosse
Sulla scala Beaufort la descrizione dello stato del mare è molto imprecisa rispetto all'altezza delle onde, perché essa dipende sia dalla forza del vento in un certo momento, sia (come abbiamo già detto) dal fetch.
Per questo motivo, un vento tra i 20 e i 25 nodi (tra forza 5 e forza 6) al largo alza onde con creste di schiuma alte tra 1,5 e 3,5 metri, a seconda della durata del vento. Secondo la Scala Beaufort, un vento a forza 8 alza onde (o frangenti) di "altezza media". Questo termine volutamente impreciso indica onde altre 4 metri dopo due ore di vento, alte 6 metri dopo quattro ore: l'altezza continua ad aumentare lentamente fino ad un massimo di 7 metri. I bollettini meteo parlano di "mare grosso" quando in mare aperto le onde più grosse raggiungono altezze tra i 6 e i 9 metri.
A bordo di una piccola barca è molto difficile stimare la giusta altezza delle onde, sia per l'angolo sotto il quale si vede la cresta quando ci si trova nel cavo, sia perché non si può vedere l'orizzonte. Per questi motivi è facile avere presto l'impressione che le onde siano alte quanto l'albero della barca. Inoltre si ha l'istinto di considerare solo le onde più alte, mentre per convenzione l'"altezza significativa" delle onde è la media di un terzo delle onde più alte.
Il motivo per cui le onde non hanno tutte la stessa altezza è che esse si presentano sotto forma di treni d'onda (gruppi di onde) che hanno velocità, ampiezza e periodi diversi, e che si sommano o si annullano, con le onde più grandi che raggiungono e sorpassano quelle più piccole. E' facile rendersi conto che lo stato del mare si modifica senza tregua.
Onde gigantesche
Quando il bollettino meteo annuncia una certa altezza significativa delle onde, ciò nonostante è possibile incontrarne di più alte, perché ci sono sempre onde più alte della media. Così, in nord Atlantico, al largo, è facile incontrare frangenti alti da 3 a 5 metri in estate e da 5 a 7 metri in inverno. Col tempo molto brutto, alcune onde possono raggiungere altezze tra i 12 e i 15 metri, con lunghezze da una cresta all'altra tra i 200 e i 500 metri, e anche di più.
Le onde alte più di 18 metri sono rare, ma certi frangenti possono raggiungere altezze davvero eccezionali e sorgere ruggendo nel bel mezzo di una burrasca, soprattutto verso la sua fine. Alcune di queste onde possono superare i 30 metri di altezza - l'altezza di una casa di 10 piani - ma per fortuna esse sono molto effimere e spariscono in fretta come si sono formate. Queste "onde mostruose" sono estremamente rare e si formano casualmente, per la somma di più onde di velocità diverse, che subito dopo si separano e proseguono ciascuna per la propria strada.
In ogni caso, per chi naviga, un'onda è "mostruosa" molto prima di raggiungere i 30 metri :-)
Lo Tsunami
Lo tsunami è la conseguenza di un sisma sottomarino, di solito un movimento tettonico, che provoca il brusco spostamento di un grande volume d'acqua. Questo spostamento crea un'onda (in realtà più onde in successione) che può propagarsi molto velocemente (fino a 800 Km/h) e coprire distanze di parecchie migliaia di chilometri.
Al largo il fenomeno è quasi impercettibile, perché l'ampiezza dell'onda è piccola (l'ampiezza associata al sisma del 26 dicembre 2004 era di 35 cm.) mentre la sua lunghezza può raggiungere i 100 chilometri.
Quando l'onda raggiunge la costa, le sue caratteristiche si invertono: la sua velocità diminuisce fino a meno di 40 Km/h e la sua altezza può raggiungere alcune decine di metri. La prima onda non è la più forte: più onde si succedono a intervalli tra i 10 e i 60 minuti, spesso alternate a grossi movimenti di flusso.