SCANDAGLIO
SCANDAGLIO (fr. sonde; sp. sonda; ted. Lot; ingl. sounding)
Il più antico scandaglio - a parte le aste e le canne graduate, per minime profondità - è quello a sagola, tuttora in uso, formato da una corda di canapa (sagola) graduata, al cui estremo è assicurato un peso di piombo, della forma di un tronco di cono, avente nella base un incavo, che si riempie di sego. Calato il piombo a fondo, dal tratto di sagola immerso si deduce la profondità, e dai detriti rimasti aderenti al sego o dall'impronta che questo presenta si desume la qualità del fondo. Nel sec. XV fu usato uno scandaglio, detto bolide albertiano, consistente in un galleggiante che, gravato di un peso addizionale, era obbligato a calare al fondo, dove si liberava della zavorra, e ritornava a galla; dal tempo trascorso fra l'immersione e l'emersione si deduceva la profondità. Un perfezionamento analogo venne apportato molto tempo dopo da John M. Brooke, ufficiale della marina degli Stati Uniti d'America, che nel 1854 costruì uno scandaglio provvisto di un peso addizionale destinato a rimanere sul fondo, allorquando si tira su lo scandaglio. Si raggiunge così il vantaggio di abbreviare notevolmente il tempo della discesa, potendo impiegare un peso relativamente grande, mentre diventa agevole il salpamento. Tale tipo di scandaglio si dice a perdita di peso.
Ma, sia lo scandaglio semplice a sagola sia quello a perdita di peso possono servire per piccole e mediocri profondità: il problema di scandagliare a grandi profondità è stato risolto solo verso la fine del sec. XIX e cioè nel 1872, dopo l'adozione del filo d'acciaio e della macchina per filare e salpare lo scandaglio a filo, ideata da lord Kelvin. Lo scandaglio e specialmente la macchina hanno subito in seguito notevoli mutamenti per parte di talassografi e di ditte costuttrici; e miglioramenti sono stati apportati dall'applicazione dell'energia elettrica, nel salpamento.
Pure nello scorcio del secolo furono ideati e in seguito adoperati altri tipi di scandagli: lo scandaglio manometrico con tubi a decolorazione e lo scandaglio a elica.
Le prime esperienze sulla compressibilità dell'aria in tubi a sifone alle varie profondità furono fatte nel 1670 dalla Royal Society di Londra. Nel 1728 i fisici S. Hales e J. T. Desaguliers, membri della stessa società, descrissero uno scandaglio manometrico di loro invenzione. Il primo scandaglio a elica fu costruito nel 1786 dall'inglese Greenstreet. Si può aggiungere anche fra gli scandagli la sentinella sottomarina, o avvisatore di fondo, pure della fine del secolo scorso, di origine inglese.
Un passo colossale hanno compiuto gli scandagli in questi ultimi anni, approfittando del principio dell'eco, cioè del fatto che un suono emesso presso la superficie dell'acqua giunge attraverso essa al fondo e viene da questo riflesso. Si ricava la profondità dalla misura esatta del tempo trascorso fra l'emissione del suono e la ricezione dell'eco, essendo conosciuta la velocità del suono nell'acqua marina (v. appresso).
L'idea di ricorrere all'eco sul fondo del mare per migliorare la sicurezza della navigazione sembra rimonti ad Arago (1807); ma non fu seguita da esperienze e cadde completamente. M. F. Maury, nel suo lavoro La géographie physique de la mer, descrive una serie di prove fatte intorno al 1850, ma senza successo. In seguito alla perdita del Titanic fu ripresa l'idea di utilizzare l'eco per segnalare la presenza di icebergs: di qui le prime esperienze pratiche di Langevin e Chilowski. Durante la guerra mondiale si fecero analoghe esperienze per rivelare la presenza dei sommergibili (idrofoni, v.). Le prime esperienze dirette di scandagli acustici per misure di profondità del mare furono compiute da Francesi nella Manica, nel 1919.
Nello stesso tempo A. Behm, tedesco, faceva palesi i risultati di sue analoghe esperienze di utilizzazione dell'eco. Da allora le soluzioni dello scandaglio acustico si moltiplicarono e si diffusero rapidamente.
L'indicazione dei fondali sulla carta marina è necessaria alla sicurezza della navigazione, poiché fa conoscere i limiti delle zone navigabili. È inoltre utile al navigante perché gli dà il mezzo di ricavare, dal confronto fra la profondità ottenuta dalle sue misure e quella segnata sulla carta stessa, e dalle qualità del fondo, elementi per stabilire la posizione della nave (v. navigazione).
Allo stato attuale, lo scandaglio a sagola serve per le navi che avvicinandosi in siti di bassi fondali e non perfettamente conosciuti avanzano prudentemente a piccola velocità. Ai due lati della nave, in posizione sporgente, stanno due uomini, che hanno la sagola raccolta entro una specie di tinozza (baia) e in mano il piombo a cui è unita la sagola. Questa è graduata, tenendo conto dell'effettiva pescagione della nave. Tale sistema di scandagliamento serve per fondali aggirantisi sui venti metri e con velocità di sei miglia orarie al massimo; in fondali inferiori ai dieci metri si può, con abili scandagliatori, tenere anche una velocità di dieci miglia orarie.
Lo scandaglio a filo d'acciaio s'adopera particolarmente dalle imbarcazioni delle navi idrografiche. Nella marina italiana si usa un piccolo apparecchio (v. figura) che serve per profondità non superiori a 200 metri. Il filo è avvolto nella gola di una ruota TT, al cui albero di rotazione orizzontale è applicato da un lato un contatore C e dall'altro una manovella per salpare M, la quale può essere connessa e sconnessa dall'albero stesso a seconda dell'uso dello scandaglio. Al filo d'acciaio è unito un cilindro di ghisa con un incavo alla base per il sego. L'unione col filo d'acciaio è fatta mediante uno spezzone di sagola. La ruota TT è comandata da un freno a nastro. L'apparecchio a filo d'acciaio mal si presta, così come è stato qui succintamente descritto, a scandagliare in cammino; è bene che l'imbarcazione sia perfettamente ferma, nei limiti del possibile, allorquando si fila lo scandaglio per la misura della profondità.
Le navi si vanno provvedendo di apparecchi di scandaglio acustici: quelle che non ne sono provviste, usano ancora apparecchi del tipo a filo d'acciaio simili a quello accennato per imbarcazioni. La nave quando vuole scandagliare si ferma. V'è pure la possibilità di scandagliare in cammino usando, invece dello scandaglio di ferraccio, un tubo manometrico o a decolorazione, nel quale si utilizza la pressione dell'acqua variabile con l'immersione, che comprime l'aria contenuta nel tubo stesso. Dall'altezza che assume la colonna d'aria nel tubo si ricava la profondità a cui è giunto lo scandaglio. Il mezzo adottato da Ch. Thomson per conoscere tale altezza consiste in un tubo di vetro detto a decolorazione perché ha la parete interna coperta di cromato d'argento, preparato rosso che a contatto dell'acqua marina diventa bianco perlaceo. La parte bianca si misura su apposita scala per ottenere la profondità alla quale è giunto lo scandaglio. Con tale sistema si ottengono buoni risultati con la nave a velocità fino a 15 miglia orarie e per profondità fino a circa 150 metri. Per eliminare la spesa dei tubi a decolorazione, che una volta usati non servono più, sono stati ideati dei tubi di vetro opaco: con questi la parte del vetro che è venuta a contatto dell'acqua diventa lucida. Così il vetro, appena asciutto, è riutilizzabile. Col medesimo scopo un altro sistema fu ideato dal Thomson stesso: il depth recorder o registratore di profondità, consistente in un tubo nel quale scorre un'asta contrastata da una molla. Un indice fa conoscere la posizione raggiunta dall'asta.
La parte caratteristica dello scandaglio ad elica sopra accennato è un'elica ad asse verticale, comune ad altri strumenti talassografici come termometri a rovesciamento, correntometri, ecc., i cui giri sono registrati da un contatore. Nella discesa la pressione dell'acqua dal basso in alto fa girare l'elica, mentre nel ricupero uno scontro ne impedisce la rotazione. Dalla lettura del contatore dipendente soltanto dallo spostamento verticale, si deduce la profondità. Gli scandagli di questo tipo sono ora di uso molto raro.
Esistono molti tipi di scandagli e di macchine per filare e salpare a grandi profondità; ma tali apparecchi stanno scomparendo per lasciare il posto agli scandagli acustici. Si pensi che per eseguire una misura di grande profondità con tali sistemi meccanici, anche con l'aiuto dell'energia elettrica, occorrevano persino delle ore. Con i sistemi acustici, invece, sono sufficienti pochi secondi, mentre la nave può lentamente proseguire nel suo cammino.
Merita un cenno la nominata sentinella sottomarina per i preziosi servigi ch'essa rende al navigante. Il principio della sua costruzione consiste nella possibilità di rimorchiare un corpo a una profondità regolabile fra determinati limiti, in dipendenza della velocità della nave, della lunghezza del cavo di rimorchio e del punto d'applicazione del cavo stesso al corpo rimorchiato. Il dispositivo è tale che se l'oggetto rimorchiato a una predisposta profondità tocca il fondo, venendo a un tratto a diminuire la tensione del rimorchio, un martello percuote un timpano d'allarme che richiama l'attenzione del personale di guardia.
Questo apparecchio dà una certa tranquillità al comando d'una nave che traversa zone pericolose per l'esistenza di secche o perché male idrografate, o d'una nave che s'avvicina a terra in tempo di foschia o in altre circostanze avverse.
Scandagli a eco. - Questi apparecchi, nelle loro linee generalissime, sono costituiti da uno strumento che emette un suono, una vibrazione sonora o anche ultrasonora; questa viene riflessa dal fondo del mare; un ricevitore accusa l'eco del suono o dell'ultrasuono emesso. Un cronometro o cronografo esattissimo dà l'intervallo di tempo trascorso fra l'emissione e la ricezione del suono; essendo nota esattamente la velocità di propagazione del suono o dell'ultrasuono nell'acqua marina, ed essendosi misurato l'intervallo di tempo impiegato dalla vibrazione nell'andata e ritorno, si conosce lo spazio percorso: questo spazio, diviso per due, dà la profondità.
La velocità del suono o degli ultrasuoni nell'acqua di mare è di circa un chilometro e mezzo al secondo; perciò si può avere notizia quasi istantanea della profondità dell'acqua, anche delle massime profondità (com'è noto, il massimo fondale misurato è m. 10.790 nell'Oceano Pacifico a NE. di Mindanao: nave tedesca Emden, 1927). Questi apparecchi, sia nella parte emettente il suono (proiettori sonori o ultrasonori) sia in quella ricevente e misuratrice del tempo, sono piuttosto complicati; ne verranno date qui alcune caratteristiche principali.
Un prototipo di scandaglio acustico è quello dell'ammiragliato inglese, denominato echo sounder (scandagliatore a eco) e anche sonic depth finder (ritrovatore della profondità col suono). Esso è definito da un trasmettitore fisso allo scafo, da un ricevitore fisso ad altra parte dello scafo, sulla stessa ordinata ma dall'altro lato della nave, e da un misuratore del tempo, ch'è la parte più ingegnosa del sistema. Il ricevitore è un microfono che riceve l'eco e lo trasmette a una cuffia telefonica nella cabina ov'è installato il grosso dell'apparecchio: il cronografo. Questo, molto schematicamente, è costituito da un piatto sul cui bordo è incisa una graduazione, direttamente in braccia di profondità dell'acqua; tale piatto è tenuto in moto, quando l'apparecchio è in funzione, da un motore a velocità costante. Un diapason elettromagnetico controlla la velocità del motore a ogni 1/50 di secondo. Tale cronografo può dare l'approssimazione del millesimo di secondo. Il sistema d'ascolto è basato sul metodo della coincidenza di due suoni, quello d'emissione e quello di ricezione, potendosi graduare l'intervallo fra due emissioni successive di suono di una massa battente da 1/10 di secondo a 10 secondi. Occorre quiete all'intorno e una certa pratica per giungere ad eseguir bene le misure
Un altro apparecchio prototipo, molto adoperato, è quello di P. Langevin, che sfrutta gli ultrasuoni. Le vibrazioni ultrasonore hanno, oltre alle molte proprietà note, quella di poter esser emesse e ricevute in una determinata direzione. In questo sistema scandagliatore v'è un proiettore ultrasonoro, fissato allo scafo della nave, alimentato da un emettitore speciale di correnti elettriche ad alta frequenza. Esso produce nell'acqua delle emissioni di ultrasuoni molto brevi e diretti verticalmente verso il fondo del mare. Le vibrazioni ultrasonore sono riflesse dal fondo e ritornano, sotto forma d'eco, a impressionare il proiettore (l'apparecchio è reversibile) e un ricevitore (amplificatore) che gli è connesso permanentemente. Questo proiettore contiene un condensatore detto "piezo-elettrico" di acciaio-quarzo-acciaio, che emette e riceve il segnale ultrasonoro. Il segnale partente e quello ricevuto per eco vengono trasmessi elettricamente (mediante due cavi protetti, stagni) al misuratore del tempo o ecometro, ch'è una specie di galvanometro con uno specchietto in moto regolare e continuo. Un raggio luminoso incide su questo specchietto, che lo riflette sopra una graduazione fatta direttamente in metri o braccia inglesi; su tale graduazione un punto luminoso si sposta continuamente e uniformemente da sinistra a destra. All'atto dell'emissione del segnale il raggio luminoso viene deviato formando un piccolo dente; all'arrivo dell'eco si forma un altro dente. La differenza fra le due graduazioni determinate dai due denti dà la distanza del fondo dall'apparecchio proiettore dell'ultra suono, cioè, praticamente, dalla chiglia della nave.
In questi ultimi anni molti altri tipi di scandagli acustici sono stati prodotti nel mondo: interessante, p. es., quello atto ad essere usato da un'aeronave dall'altezza di 200 m. s. m. Uno di tali apparecchi fu impiegato da R. Amundsen nel suo volo in areoplano al polo Nord, e altro analogo era stato fornito alla spedizione Nobile. Un sistema che ha molta somiglianza con quello dianzi accennato dell'ammiragliato è il graphic acustic sounder della marina da guerra degli Stati Uniti d'America. Effettivamente, gli Americani hanno ottenuto brillanti risultati pratici con scandagli acustici fin dal 1922, eseguendo in pochi giorni in Atlantico e in altri mari misure di profondità in vaste zone.
Un apparecchio acustico molto semplice, molto noto e basato su principî molto elementari è lo scandaglio mediante bombetta a costante velocità di affondamento. La Signal-Gesellschaft di Kiel fornisce una bombetta a forma di pera, munita di impennaggio tale da mantenerla verticale e da determinare una velocità costante di discesa. Un dispositivo interno e una sicurezza fan sì che la bombetta esploda quando tocca il fondo (si calcola che praticamente codeste bombette abbiano una velocità di due metri al secondo). Si mette in moto un contasecondi nell'istante in cui la bombetta, lanciata da bordo, tocca l'acqua, poi lo si ferma quando da un microfono subacqueo si oda il colpo della bombetta esplosa sul fondo. Il numero dei secondi moltiplicato per due dà la profondità in metri dell'acqua, trascurando con ciò il tempo impiegato dal suono a traversare la zona d'acqua. Ciò è giustificato in quanto queste misure si fanno in profondità non maggiori di 400 metri.
Metodi per scandagliare. - Gli scandagli si possono distinguere in scandagli costieri e scandagli d'alto mare. La posizione dei primi è riferita a segnali terrestri, quella dei secondi è ottenuta, generalmente, con osservazioni astronomiche. Agli scandagli costieri provvedono le imbarcazioni e la nave: quelle lavorano presso la costa, nei porti, nei passi angusti, sui banchi poco profondi, sulle secche; la nave opera a cominciare dalla linea raggiunta dalle imbarcazioni e si spinge al largo fin dove si possono ancora vedere i segnali e gli oggetti terrestri. Gli scandagli d'alto mare sono fatti dalla nave. Mentre la nave e le imbarcazioni scandagliano deve essere collocato in sito adatto, al riparo per quanto è possibile, un mareometro, che tiene conto delle variazioni del livello dell'acqua. Le letture del mareometro si fanno ogni ora e anche a intervalli di tempo inferiori se l'ampiezza della marea lo consigli.
Gli scandagli vanno eseguiti, di massima, seguendo percorsi rettilinei equidistanti, interponendo fra gli scandagli consecutivi un intervallo minore di quello che intercede fra le linee di scandagli. L'esigenza di seguire cammini rettilinei è indispensabile per un lavoro sistematico, non solo perché costituisce un controllo per le posizioni, ma anche perché permette di ripartire equamente gli scandagli e prestabilire quelli che debbono essere fissati con misure di angoli fra oggetti terrestri; gli altri saranno fissati secondo una stima del percorso. In generale si seguono linee normali alla costa. L'importanza della località e l'accidentalità del fondo consigliano la maggiore o minore densità dello scandagliamento. Quando si scopre una secca ci si dedica particolarmente ad essa aumentando la densità delle misure e definendone quanto meglio è possibile i limiti, basandosi su rilievi di punti a terra. Il metodo normalmente adoperato nella pratica per determinare la posizione dell'imbarcazione o della nave è quello a vertice di piramide, cioè misurando due angoli fra tre oggetti terrestri esattamente noti. All'uopo, prima di disporsi per lo scandagliamento, si esamina la zona e la carta nautica e si completa, ove occorra, il numero degli oggetti di riferimento, disponendo segnali lungo la costa e determinandoli con precisione rispetto ai punti terrestri ben noti. Il lavoro ordinato di scandagliamento dalle imbarcazioni è assai facilitato se ci si vale di un grafico sul quale siano segnati i punti di riferimento e il contorno della spiaggia nei limiti della zona da esplorare, Tale grafico permette di tenere sotto controllo continuo il lavoro che si va svolgendo. Sarà opportuno che la scala del grafico sia almeno doppia di quella stabilita per il disegno definitivo. Dovendo scandagliare in piccole cale è più preciso riferirsi direttamente alla topografia che a segnali lontani e, in un porticciolo, può essere opportuno usare una sagola graduata tesa da un lato all'altro del porticciolo, seguendola durante il lavoro.
Scandagliamento con la nave. - Quanto si è esposto per lo scandagliare con le imbarcazioni vale in massima anche per la nave. Naturalmente, se la nave è provveduta di scandaglio acustico, le operazioni procedono molto più rapidamente che con i sistemi meccanici. A ogni misura di profondità corrisponde una determinazione di posizione della nave con misure angolari fra visuali ad oggetti terrestri. La nave procede a lento moto, a velocità costante. Se le profondità sono rilevanti e non si è provvisti di sistemi ad eco, bisogna fermare la nave. Eseguendo scandagli d'alto mare, la posizione della nave è determinata mediante osservazioni astronomiche: gli scandagli eseguiti fra due osservazioni sono fissati in base agli elementi della stima. Se nello scandagliare con la nave si scopre un banco, questo è fatto scandagliare dalle imbarcazioni. Se il banco è esteso, vi si ancorano dei segnali, determinando la loro posizione con riferimenti alla nave ed eventualmente a punti della costa. Se il banco è scandagliato dalla nave, come eccezionalmente può accadere, conviene ancorare presso il centro del banco una imbarcazione fornita di albero e riferire gli scandagli alla posizione dell'imbarcazione, rilevando questa da bordo e misurando l'angolo sotteso dall'albero o, meglio, misurando la distanza col telemetro.
Bibl.: V., in generale, idrografia; nautiche carte; navigazione, ecc. Tra le pubblicazioni particolari v.: P. Leonardi Cattolica, Rilievo sottomarino, Genova 1905 (chiaro ma antiquato). Nozioni semplici e pratiche nel Manuale dell'ufficiale di rotta, 2ª ed., Genova 1929. Per i tipi degli scandagli ad eco, v. Sondage par le son, in Revue hydrographique, V, Monaco 1928, pp. 114-46 e VIII, ii, ivi 1931, pp. 181-199. La stessa rivista offre articoli sulla fonotelemetria sottomarina, di L. Tonta, argomento che si raccorda a quello in esame. V. anche M. Tenani, Scandagli, in Riv. marittima, Roma 1924 (si riferisce agli scandagli ad eco). Inotre: État actuel du sondage par ultra-son, in La revue maritime, ott. 1929, pp. 508-13; Ph. Schereschewsky e Ph. Wehrle, Echolotungen, in Beiträge zur Phys. der freien Atmosphäre, XV, pp. 235-63, Lipsia 1929; H. P. Douglas, Echo sounding, in The Geograph. Journ., LXXIV, pp. 47-60, Londra 1929; D. Ikonnikov, Ultimo tipo di scandaglio acustico (in russo), in Zap. po Gidrogr., Leningrado 1930, fasc. 62, pp. 65-67. - Per la storia dello scandaglio acustico, v. M. Marti, Note sur le sondage acoustique, in Rev. hydrogr., VIII, 1, pp. 133-149, Monaco 1931. Cfr. anche G. Magrini, Bibl. oceanographica, Venezia 1928 segg. (già Essai d'une bibliogr. gén. des sciences de la mer).