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Jun 07, 2023

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18 luglio 2023 Colorate in base alla temperatura, le correnti oceaniche della Terra si torcono e vorticano. Alcune di queste correnti sembrano turbolente e caotiche, ma altre sono ordinate e stabili e alimentano

18 luglio 2023

Colorate in base alla temperatura, le correnti oceaniche della Terra si torcono e vorticano. Alcune di queste correnti sembrano turbolente e caotiche, ma altre sono ordinate e stabili e alimentano modelli meteorologici periodici su larga scala.

Studio di visualizzazione scientifica della NASA/Goddard Space Flight Center

Scrittore collaboratore

18 luglio 2023

Mentre gran parte dell’aria e dei mari del nostro pianeta sono agitati dal capriccio di una tempesta, alcune caratteristiche sono molto più regolari. All’equatore, nel caos, persistono onde lunghe migliaia di chilometri.

Sia nell’oceano che nell’atmosfera, queste onde gigantesche, chiamate onde Kelvin, viaggiano sempre verso est. E alimentano modelli meteorologici oscillanti come El Niño, un riscaldamento periodico delle temperature oceaniche che si ripresenta ogni pochi anni.

I geofisici si sono appoggiati a una spiegazione matematica per le onde Kelvin equatoriali sin dagli anni '60, ma per alcuni quella spiegazione non era del tutto soddisfacente. Questi scienziati volevano una spiegazione fisica più intuitiva per l'esistenza delle onde; volevano comprendere il fenomeno in termini di principi di base e rispondere a domande come: cosa c'è di così speciale nell'equatore da permettere a un'onda Kelvin di circolare lì? E “perché diavolo viaggia sempre verso est?” ha detto Joseph Biello, matematico applicato presso l'Università della California, Davis.

Nel 2017, tre fisici hanno applicato un diverso tipo di pensiero al problema. Hanno iniziato immaginando il nostro pianeta come un sistema quantistico e hanno finito per creare un’improbabile connessione tra meteorologia e fisica quantistica. A quanto pare, la rotazione della Terra devia il flusso dei fluidi in un modo analogo a come i campi magnetici distorcono i percorsi degli elettroni che si muovono attraverso materiali quantistici chiamati isolanti topologici. Se immaginiamo il pianeta come un gigantesco isolante topologico, hanno detto, possiamo spiegare l’origine delle onde Kelvin equatoriali.

Ma anche se la teoria funzionava, era pur sempre solo teorica. Nessuno lo aveva verificato direttamente mediante l'osservazione. Ora, in un nuovo preprint, un team di scienziati descrive la misurazione diretta delle torsioni delle onde atmosferiche: l’esatto tipo di prova necessaria per sostenere la teoria topologica. Il lavoro ha già aiutato gli scienziati a utilizzare il linguaggio della topologia per descrivere altri sistemi e potrebbe portare a nuove conoscenze sulle onde e sui modelli meteorologici sulla Terra.

"Questa è una conferma diretta di queste idee topologiche, raccolte da osservazioni reali", ha affermato Brad Marston, fisico della Brown University e autore del nuovo articolo. "In realtà viviamo all'interno di un isolante topologico."

Geoffrey Vallis, un matematico applicato dell'Università di Exeter nel Regno Unito, non coinvolto nel lavoro, ha affermato che il nuovo risultato rappresenta un progresso significativo che fornirà una "comprensione fondamentale" dei sistemi fluidi della Terra.

Ci sono due modi per iniziare questa storia. Il primo riguarda l'acqua e inizia con William Thomson, noto anche come Lord Kelvin. Nel 1879 notò che le maree nel Canale della Manica erano più forti lungo la costa francese che su quella inglese. Thomson si rese conto che questa osservazione poteva essere spiegata con la rotazione della Terra. Mentre il pianeta gira, genera una forza, chiamata forza di Coriolis, che fa ruotare i fluidi in ciascun emisfero in diverse direzioni: in senso orario a nord, in senso antiorario a sud. Questo fenomeno spinge l'acqua del Canale della Manica contro la costa francese, costringendo le onde a scorrere lungo la sua costa. Conosciute oggi come onde Kelvin costiere, queste onde sono state osservate in tutto il mondo, scorrendo in senso orario attorno alle masse continentali (con la costa sul lato destro dell'onda) nell'emisfero settentrionale e in senso antiorario nell'emisfero meridionale.

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William Thomson, più tardi conosciuto come Lord Kelvin, era un ingegnere, matematico e fisico matematico britannico del XIX secolo. Le sue osservazioni delle maree nel Canale della Manica portarono alla scoperta delle onde Kelvin.