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Potrebbe sembrare una di quelle leggende che si sono tramandate da una locanda di mare all'altra, ma è una storia vera: per secoli i marinai hanno versato olio nei mari in tempesta per placare la furia delle onde.
E la cosa sorprendente è che questo metodo (detto "storm oil") funzionava davvero, grazie alla fisica dei fluidi: versato sulla superficie del mare in tempesta, l’olio crea una sottilissima pellicola che impedisce al vento di fare presa sull’acqua, riducendo la formazione delle onde che si frangono, quelle più pericolose per le navi. Dagli esperimenti settecenteschi di Benjamin Franklin con un cucchiaino d’olio in uno stagno fino ai moderni laboratori di idrodinamica, la scienza ha poi compreso come questo velo di molecole altera la tensione superficiale e “disinnesca” le minuscole increspature da cui le onde prendono forza.
Versare olio sui mari in tempesta: un metodo molto antico
La pratica di gettare olio nel mare agitato è molto antica.
Il naturalista romano Plinio il Vecchio la menzionò nei suoi scritti nel I secolo d.C., raccontando come i subacquei rilasciassero dalla bocca un po’ d’olio per levigare la superficie dell’acqua e far arrivare più luce sul fondo. Il motivo è semplice: una superficie increspata disperde e rifrange la luce in più direzioni, mentre una superficie liscia permette di vedere più facilmente ciò che c’è sotto.
La pratica è continuata anche in tempi più moderni, però, come attesta l'episodio documentato dalla nave Grecian. Il 15 novembre del 1883, la Grecian era finita nelle grinfie del mare in tempesta, e le onde erano così spaventose che i dieci uomini dell'equipaggio si erano già dati per morti. Nemmeno la nave vicina, la Martha Cobb, poteva aiutarla, a causa delle onde altissime e agitate.
Fu allora che il capitano della Martha Cobb, Thomas Greenbank, versò circa 19 litri di olio di pesce in mare. Nel giro di una ventina di minuti, per quanto le onde fossero ancora gigantesche, le creste sembravano essere scomparse nell'area intorno alle due imbarcazioni. Fu così che la Martha Cobb riuscì a far scendere in mare una scialuppa e salvare tutto l'equipaggio della Grecian.
Poco più di un secolo prima, però, uno scienziato e politico famosissimo era venuto a conoscenza di questo metodo, e ne aveva parlato per la prima volta nelle Philosophical Transactions (pubblicate nel 1774): Benjamin Franklin.
Nel 1757, infatti, mentre attraversava l'Atlantico con una flotta di velieri, lo scienziato notò che l'acqua dietro ad alcune navi appariva stranamente calma, anche se il mare intorno era increspato dal vento. Quando chiese spiegazioni, gli venne detto che i rifiuti grassi gettati in mare potevano fare quell'effetto.
Inizialmente scettico, decise in seguito di condurre un esperimento. Così, un giorno, si recò a uno stagno la cui superficie era agitata dal vento, e vi versò sopra un po' di olio d'oliva sull'acqua.
Inizialmente il vento spinse l'olio verso la riva, e non accadde nient'altro. Franklin non si arrese: si spostò sull'altra sponda dello stagno, da dove soffiava il vento, e riprovò.
Allora, funzionò: una piccola quantità di olio livellò un'area di circa 2.000 metri quadrati, ed ebbe la certezza che il metodo non era una leggenda da marinai.
Come fa una piccola quantità di olio a "calmare" le onde
Può sembrare un paradosso il fatto che anche solo una piccola quantità di sostanza oleosa riesca ad avere un effetto su delle onde che durante una tempesta colpiscono violentemente una nave.
Ma il fatto è che l’olio non combatte la forza bruta del mare, ma va a “colpire” l’ingranaggio che fa nascere e crescere le onde: il modo in cui il vento trasferisce la sua energia all’acqua.
Prima che si formi un'onda gigantesca, il vento inizia a soffiare sulla superficie piatta dell'acqua creando delle minuscole rughe chiamate onde capillari.
Queste increspature, alte pochi millimetri, sono importantissime, perché trasformano la superficie liscia del mare in una sorta di carta vetrata. Ed è proprio aggrappandosi a queste piccole rugosità che il vento riesce a spingere con efficienza, trasferendo la sua energia all'acqua e gonfiando onde via via sempre più alte.
Se rimuoviamo le rughe, però, togliamo la presa al vento, ed è proprio quello che fa l'olio (si usava molto l'olio di pesce, all'epoca, ma lo stesso discorso vale per gli oli vegetali).
Essendo sostanze tensioattive e insolubili, le gocce di olio non affondano e non si mescolano, ma si allargano a vista d'occhio creando una pellicola elastica e invisibile sull'acqua.
Quando il moto delle onde comprime e allarga questo strato molecolare, crea delle differenze locali nella forza di coesione dell'acqua (la tensione superficiale). In fisica, questo fenomeno si chiama effetto Marangoni: detto in termini semplici, si generano delle forze microscopiche che contrastano continuamente il movimento, dissipando l'energia e "stirando" le piccole increspature (come si vede nel video qui sotto).
In questo modo, si ottengono tre risultati:
- La superficie del mare torna liscia
- Il vento perde la presa: non trovando più rugosità contro cui spingere, l’aria scivola sulla superficie trasferendo molta meno energia.
- Le onde smettono di frangersi: l'enorme massa d'acqua continua a muoversi , ma perde la violenta cresta bianca che si rovescia e affonda le imbarcazioni
In sostanza, quindi, l’olio non ha la forza di bloccare fisicamente una muraglia d’acqua, ma cambia il modo in cui il vento e il mare si scambiano energia.
Gli esperimenti moderni che hanno confermato questo metodo
Nel 2019 un gruppo di ricercatori dell’ISMAR-CNR e dell’Università Ca’ Foscari di Venezia, insieme ai colleghi cinesi del First Institute of Oceanography di Qingdao, ha pubblicato su Ocean Science i risultati di un esperimento che ha dimostrato quanto un sottile film di olio di pesce possa influenzare le onde generate dal vento.
Per farlo, gli studiosi hanno riempito una grande vasca sperimentale e hanno simulato un vento a circa 22 km/h (6 metri al secondo).
Sull'acqua pulita, la superficie si è increspata e si sono sviluppate onde ben definite. Ma aggiungendo all'acqua un sottile strato di olio di pesce, la normale formazione di onde generate dal vento è stata quasi azzerata (le fluttuazioni superficiali residue erano minime, dell'ordine di un millimetro). Ma il dato più sorprendente, forse, è un altro: lo stress aerodinamico esercitato dal vento sulla superficie oleosa si è ridotto di ben il 95%.
Va detto, però, che c'è un limite: quando i ricercatori hanno aggiunto in vasca anche onde più lunghe, simili al mare lungo che si trova in mare aperto, l’olio continuava a ridurre le piccole onde generate dal vento, ma in modo molto meno efficace.
Quattro anni dopo, nel 2023, uno studio apparso sul Journal of Fluid Mechanics si è invece concentrato sul vero terrore dei naviganti: le onde frangenti. Per capirci, parliamo di quelle onde ripide la cui cresta si arriccia in avanti e collassa con violenza.
Anche in questo caso i ricercatori hanno lavorato in una vasca, riproducendo le onde frangenti in condizioni controllate. Al posto dell’olio, però, hanno usato un tensioattivo solubile in acqua (il Triton X-100) aggiunto in piccole quantità.
In una seconda serie di prove hanno invece lasciato l’acqua esposta all’aria fino a 21 ore, in modo che raccogliesse spontaneamente le sostanze presenti nell’ambiente.
In entrambi i casi il risultato è stato simile: anche poche tracce di tensioattivo bastavano a cambiare profondamente il comportamento dell’onda. Il getto d’acqua che si incurva in avanti perdeva la sua forma tipica, e cambiava anche il modo in cui l’onda intrappolava l’aria al momento dell’impatto.
Da questo esperimento, i ricercatori hanno scoperto che non è tanto l'abbassare la tensione superficiale in modo uniforme a fare la differenza, quanto le continue differenze di tensione che si creano lungo il profilo dell'onda mentre si muove, perché capaci di smorzarne la violenza sul nascere.
Come la tecnologia ha superato lo storm oil
Lo storm oil fu un salvavita obbligatorio per decenni sui piroscafi e le scialuppe di salvataggio di molti Paesi occidentali.
L'obbligo arrivò dal Regno Unito nel 1894, con il Merchant Shipping Act che impose alle navi di trasportare sempre a bordo l'olio "per l'uso in caso di tempesta".
Nel 1952, negli Stati Uniti, le normative federali imposero a determinate scialuppe di salvataggio di trasportare 3,8 litri di olio per tempeste, e questo requisito venne abolito solo nel 1983, soppiantate dalle scialuppe di salvataggio chiuse, autoraddrizzanti e motorizzate, che essendo progettate per resistere a capovolgimenti e allagamenti senza bisogno di calmare l'acqua circostante resero la pratica ormai inutile.
Oltretutto, la navigazione moderna si affida ai radar, alle rotte satellitari e agli scafi in acciaio con geometrie studiate appositamente per fendere il mare grosso, riducendo drasticamente le situazioni in cui una nave si ritrova in balia della furia del mare.
Lo storm oil è stato abbandonato, però, anche a causa del suo impatto ambientale: come è ormai ben noto a tutti noi, spargere deliberatamente sostanze oleose in mare aperto (anche se di origine organica) è un gesto incompatibile con la tutela dell'ambiente marino e con le normative internazionali contro l'inquinamento delle acque.
Quest'ultimo, però, non era certo un pensiero per i marinai di una volta! A loro importava solo una cosa, sopravvivere alla tempesta e tornare sani e salvi a casa, e per farlo si sono affidati all'istinto. Senza conoscere la fisica, stavano tuttavia sfruttando una delle leggi più incredibili della fisica dei fluidi.
