E' la deformazione della superficie di un astro prodotta dall'azione gravitazionale di uno o più corpi celesti.
In particolare, per la Terra, è l'oscillazione del livello
del mare causata dall'attrazione gravitazionale combinata del
Sole e della Luna. Oltre alla superficie marina viene sollecitata pure la crosta solida (che non è perfettamente
rigida) e l'involucro atmosferico (che è gassoso): in questo caso si parla di maree terrestri e di
maree atmosferiche. L'attrazione lunisolare sulla massa acquea produce in questa una deformazione
periodica e regolare, la quale in generale si manifesta col ripetersi nell'arco di 24h 50m, corrispondente al giorno lunare medio, di
due innalzamenti (flusso o alta marea) e due abbassamentl (
riflusso o bassa marea) del livello marino. I due flussi e i due riflussi si alternano circa ogni
sei ore generando due correnti di senso opposto (correnti di marea). Le maree possono essere considerate
come onde estese con periodo di 12h e 25m e lunghezza d'onda pari a circa una semicirconferenza terrestre. L'altezza dell'onda di marea,
o ampiezza di marea, è data dal dislivello tra alta e bassa marea e dipende dalle reciproche posizioni
Terra-Luna-Sole: raggiunge il valore massimo quando i tre corpi celesti sono allineati sia in congiunzione sia in opposizione
(sizigie: fasi di Luna nuova e di Luna piena); è al minimo quando la Luna si trova a 90° con l'allineamento
Terra-Sole (quadratura: fasi di primo e ultimo quarto).
Teorie statica e dinamica
Già nell'antichità dell'umanità era noto il rapporto che intercorreva fra le oscillazioni delle maree e le fasi lunari, ma una spiegazione scientifica del fenomeno fu possibile solo dopo l'enunciazione
della teoria newtoniana sulla gravitazione universale (XVIII secolo). Dopo i primi tentativi di spiegazione da parte dello stesso
Isaac Newton, il problema teorico delle maree fu affrontato da vari studiosi, tra cui Laplace, Poincaré, G. H. Darwin,
Harris.
In prima approssimazione lo studio delle maree si può compiere quantitativamente adottando le semplificazioni della
teoria statica che suppone la Terra ricoperta uniformemente da una coltre di acqua di spessore costante e ne trascura
il movimento di rotazione. Più aderente alla realtà è la teoria dinamica, che tiene conto della
non omogeneità della massa oceanica, della forma e della profondità del bacini, delle mutue azioni tra bacino e bacino, dei complessi
effetti che riguardano gli spostamenti delle masse d'acqua sulla superficie della Terra in rotazione. Le due teorie ottengono gli stessi risultati per quanto riguarda i periodi delle
onde di marea; per le fasi e l'ampiezza la teoria dinamica, giustamente, abbandona le considerazioni
teoriche e ricorre all'osservazione.
L'oscillazione di marea è determinata dalla differenza tra l'attrazione newtoniana esercitata
da un astro sui punti della superficie terrestre e il centro di massa della Terra.
Forza di marea
L'attrazione esercitata sul centro di massa della Terra viene
equilibrata necessariamente dalla forza centrifuga originata dal movimento di
rivoluzione dei corpi in gioco attorno al centro di massa del sistema; lo stesso non è però possibile per tutti gli altri punti.
Tale differenza di attrazione costituisce la forza di marea, che risulta direttamente proporzionale alla massa dell'astro e inversamente
al cubo della distanza tra il centro dell'astro e i punti della superficie terrestre. Ciò spiega perché la Luna, nonostante abbia una massa notevolmente inferiore rispetto a quella solare, abbia per la sua
relativa vicinanza un effetto di marea superiore di circa 2,2 volte a quello prodotto dal Sole. Facendo riferimento al sistema Terra-Luna,
in equilibrio meccanico, i due corpi si muovono ruotando attorno al centro di massa G del sistema, posto sulla congiungente i centri
degli astri. I due corpi sono soggetti alla forza gravitazionale che tende ad avvicinarli e a quella centrifuga che tende ad allontanarli.
L'attrazione lunare risulta massima per i punti della superficie terrestre direttamente volti verso la Luna, minima per quelli opposti e intermedia per il centro, mentre la forza centrifuga ha valore
massimo nel punto più lontano dalla Luna e minimo per il punto più
vicino. In P si determina pertanto una forza risultante diretta verso la
Luna poiché prevale l'attrazione lunare e in P' una forza risultante diretta in senso opposto perché prevale la forza centrifuga.
Ne consegue che sulla superficie terrestre si manifestano delle componenti tangenziali dirette verso P nell'emisfero volto alla Luna
e verso P' nell'altro, cui si devono i due rigonfiamenti diametralmente opposti. Poiché la quantità d'acqua degli oceani deve rimanere
costante, in concomitanza con i rigonfiamenti sul piano meridiano dei punti P e P' si manifestano degli abbassamenti di livello negli
altri settori: la superfìèie marina assume cioè una configurazione di equilibrio paragonabile a un ellissolde con asse maggiore nella
direzione Terra-Luna. Le stesse considerazioni valgono per il sistema Terra-Sole che, analogamente, dà origine a due onde diminutive
(di altezza inferiore) che interferiscono con quelle lunari sommandosi in sizigie ed elidendosi in quadratura.
Componenti della forza
La forza di marea, sia lunare sia solare, è piuttosto piccola se confrontata con la forza gravitazionale (circa 10-7 volte).
Gli ingenti spostamenti d'acqua si possono spiegare notando che la forza di marea non è diretta secondo la direzione di gravità e quindi
può essere scomposta in due componenti, una verticale e una orizzontale. La componente verticale produce una variazione di gravità del
tutto trascurabile, mentre quella orizzontale, anche se dello stesso ordine di grandezza, è però paragonabile alle altre sollecitazioni
orizzontali (differenza di pressione tra acque di diversa densità, azione del vento, eccetera) ed è quindi in grado di imprimere un moto
sensibile a una massa d'acqua. È dunque la componente orizzontale che provoca gli spostamenti orizzontali (correnti di marea) e l'accumulo
e la sottrazione delle acque con le conseguenti oscillazioni di livello. La forza agisce su tutto lo strato d'acqua, relativamente sottile,
cioè ugualmente a tutte le profondità.
Sviluppo delle maree
Volendo conoscere l'effettiva azione della forza dì marea su di un punto P comunque disposto sulla superficie terrestre bisogna tener
conto dell'angolo tra la congiungente "punto P-centro della Terra" e la congiungente "centro Terra-centro astro"; è necessario inoltre
considerare le variazioni di distanza nel corso del tempo tra il punto in esame, la Luna e il Sole.
La variazione di livello di marea nel corso de1 tempo si può allora considerare come un fenomeno oscillante risultante dall'interazione
dì un gran numero di termini periodici semplici (maree parziali), ciascuno con periodi, ampiezze e fasi costanti. Nella rappresentazione
armonica delle maree, l'evoluzione di livello è la somma di tante onde sinusoidali semplici del tipo: h=a*cos(wt+F), in cui w, la
pulsazione di marea, dipende dalle condizioni astronomiche considerate e pertanto risulta costante nel tempo per ogni località,
mentre "a" e "F", rispettivamente l'ampiezza e la fase, rappresentano le costanti armoniche, non prevedibili astronomicamente,
variabili da luogo a luogo e deducibili solo dall'analisi di lunghe serie di osservazioni. Note le costanti armoniche è possibile
prevedere (previsione armonica delle maree) l'andamento di marea nel tempo per ogni luogo. La marea si evolve col sovrapporsi di
ritmi soprattutto diurni e semidiurni dovuti agli effetti delle numerose componenti che intervengono nel fenomeno. Anche componenti
a periodo più elevato possono rivestire una certa importanza, come le semi-mensili, con periodo medio di 14,16 giorni quella legata
all'intervallo tra le maree sizigiali, con periodo di 13,66 giorni quella denominata lunare quindicinale, relativa al tempo occorrente
alla Luna per cambiare declinazione da zero al massimo e viceversa, la lunare mensile, con periodo di 27,55 giorni (mese anomalistico),
legata all'ellitticità dell'orbita lunare, la solare semiannuale, con periodo di 182,6 giorni, legata alla declinazione variabile del
Sole, ecc. La marea complessiva deriva dall'interazione delle suddette componenti (e di numerose altre, ma di minore effetto) che
conferiscono alla variazione di livello della superficie marina il caratteristico andamento ritmico con due alte e due basse maree
al giorno, di ampiezza variabile con periodo di circa 14 giorni.
Tipi di marea
Secondo l'importanza rivestita dalle molteplici componenti di marea nelle varie parti della superficie terrestre, l'andamento della
marea presenta diverse configurazioni che, per semplicità, possono essere ridotte a tre tipi fondamentali:
maree diurne, caratterizzate da una sola alta e bassa marea nel corso delle 24 ore; maree
semidiurne, con due alte e due basse maree pressappoco di uguale ampiezza; maree miste,
sempre con due alte e due basse maree, ma con ampiezza diversa in base al prevalere della tendenza semidiurna o diurna. Le maree
più frequenti sono quelle a carattere semidiurno o miste di tipo semidiurno. Le maree semidiurne si sviluppano sulle coste atlantiche
europee, africane e dell'America meridionale, dal Venezuela al Brasile, lungo parte delle coste atlantiche nord-americane, nel Golfo
del Bengala e lungo la costa sud-orientale dell'Africa. Lungo quasi tutte le altre coste si hanno maree miste, mentre maree diurne
di carattere puro si manifestano solo in poche e ristrette aree come il Golfo del Tonchino, il Mar di Ohotsk, il Golfo del Messico
e presso la punta sud-occidentale dell'Australia.
Distribuzione delle maree
Le maree hanno in oceano aperto ampiezza modesta, valutabile in pochi decimetri (25-30 cm a Honolulu, 30-50 cm all'isola Mauritius,
ecc.); valori più elevati si producono invece presso le coste per effetto della morfologia dei fondali. In media l'oscillazione di
marea misurata su tutta la superficie oceanica è compresa tra 1 e 2 m. Le più forti escursioni di livello si hanno per l'Europa
sulle coste della Bretagna (Saint-Malo, Granville e altre località) con valori medi di 10 m; maree ancora più alte si registrano
sulle coste canadesi atlantiche tra la Nuova Scozia e il continente (Baia di Fundy) con oltre 15 m, dell'Argentina meridionale
(Porto Gallegos) con 14 m, eccetera. Nel Mediterraneo le oscillazioni sono modeste, dell'ordine di qualche decina di centimetri
(21 cm a Marsiglia, 55 a Tunisi); fanno eccezione le maree, superiori al metro, del Golfo di Gabès e di alcune località dell'alto
Adriatico (Trieste). L'innalzamento del livello del mare in una zona e il conseguente abbassamento di un'altra di uno stesso
bacino o tra bacini contigui implicano lo spostamento ritmico di ingenti masse d'acqua, che si manifesta con la formazione delle
correnti di marea. Tra escursioni di livello e flusso di corrente si ha uno sfasamento di 1/4 di periodo; inoltre le correnti
risentono degli attriti e dell'azione geostrofica. In genere sono unidirezionali, ma possono anche presentare carattere giratorio
attorno ai punti anfidromici. La velocità di norma è dell'ordine del nodo, ma in condizioni particolari arriva a punte di 10-15 nodi.
Marea atmosferica
Si manifesta con variazioni periodiche della pressione atmosferica. Le maree atmosferiche dipendono, oltre che dall'azione gravitazionale
lunisolare, anche dall'effetto del riscaldamento e del raffreddamento dell'aria. Per questo motivo il Sole ha per le maree atmosferiche maggiore importanza. Si hanno due minimi e due massimi di pressione
al giorno di entità variabile con la latitudine del luogo. Rispetto alla pressione normale, le variazioni sono dell'ordine di 0,3 mbar
ai Poli e di circa 1 ,5 mbar nelle fasce tropicali.
Marea terrestre
È una conseguenza dell'attrazione lunisolare sulla crosta terrestre che, non essendo perfettamente rigida, risponde alle sollecitazioni
con deformazioni elastiche. Le maree terrestri, di piccola entità e di difficile determinazione per l'esistenza della concomitante
variazione di livello del mare, si manifestano con periodiche variazioni della direzione della verticale e dell'accelerazione di gravità.