Mareas y Corrientes: I: Causas de variación del nivel del mar

Presentación del tema: "Mareas y Corrientes: I: Causas de variación del nivel del mar"— Transcripción de la presentación:

1 Mareas y Corrientes: I: Causas de variación del nivel del mar
Begoña Pérez Puertos del Estado Curso de Experto en Ingeniería de Puertos y Costas Universidad de Las Palmas, 10/01/2013

2 ¿Qué entendemos por nivel del mar? Las Mareas:
La teoría de Equilibrio de Newton. Mareas Reales Cambios meteorológicos (“storm surges”, inundaciones) Oscilaciones de alta frecuencia: “secas” y tsunamis Cambios espaciales y temporales del nivel medio del mar Variación espacial Ciclo estacional y variación interanual Cambios seculares y eustáticos

3 ¿Qué es el nivel del mar? ¿Qué entendemos por nivel del mar?: todas las variaciones de la superficie libre de periodo superior al oleaje. Ondas largas o de aguas someras: Rango de periodos: desde minutos a miles de años Propagación no dispersiva:

4 Causas de su variación ¿Por qué cambia el nivel del mar?
El nivel del mar varía en el espacio y en el tiempo, de manera absoluta y relativa como resultado de: Las mareas La meteorología Terremotos (tsunamis) Cambios climáticos Tectónica de placas Circulación oceánica Construcción de embalses, extracción de aguas subterráneas Subsidencias y levantamientos del terreno

5 Causas de su variación Nivel medio del mar: principales agentes de variación absoluta: atracción gravitatoria del Sol y la Luna meteorología clima variaciones de densidad variaciones de masa

6 Componentes del dato de nivel del mar
Registro o dato de nivel del mar: X(t) = Z0(t) + M(t) + R(t) X(t): nivel del mar en el instante t Z0(t): nivel medio (variación lenta, clima) M(t): variación periódica (marea astronómica) R(t): variación no periódica (meteorología, efecto estérico, etc): residuo meteorológico Otros: secas y tsunamis: oscilaciones ocasionales que se superponen a las variaciones fundamentales

7 Las Mareas Variaciones periódicas del nivel debidas a los efectos combinados de la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol, la rotación terrestre y la fuerza de Coriolis Predecibles a partir de registros de nivel del mar en un punto Amplitud variable: desde casi nula (Mediterráneo) a 12 metros (Bahía de Fundy)

8 La Teoría de Equilibrio de Newton:
Las Mareas La Teoría de Equilibrio de Newton: Teoría simplificada que ayuda a comprender el origen de las mareas: Hipótesis: Tierra completamente cubierta de agua (ausencia de continentes) profundidad del agua tal que no existe fricción de fondo (respuesta instantánea a las fuerzas de marea) Marea de Equilibrio o Elipsoide de Marea: forma que adopta la superficie del mar una vez alcanzado el estado de equilibrio entre la gravedad terrestre y las fuerzas generadoras de marea Dos elipsoides: uno generado por el Sol y otro por la Luna

9 La Teoría de Equilibrio de Newton:
Las Mareas La Teoría de Equilibrio de Newton: Elipsoide de Marea y tipos fundamentales de mareas: Fg Fc Ft = Fg - Fc A: Fg > Fc B: Fc > Fg C: Fc = Fg A B C Ft Ft = 0 Rotación terrestre  Marea semidiurna (12.5 h) Inclinación órbita Luna  Marea mixta y diurna (24 h)

10 La Teoría de Equilibrio de Newton:
Las Mareas La Teoría de Equilibrio de Newton: Efecto combinado de la Luna y el Sol: Ciclo de mareas vivas y muertas (14.8 días) Marea viva  luna llena o luna nueva Marea muerta  cuarto creciente o menguante La fuerza generadora de marea del Sol es un 46% de la de la Luna

11 La Teoría de Equilibrio de Newton:
Las Mareas La Teoría de Equilibrio de Newton: Tipos fundamentales de mareas- relación con movimientos y tamaños relativos del sistema Tierra-Luna-Sol: Mareas semidiurnas (rotación terrestre): dos pleamares y dos bajamares diarias (periodo 12.5 h) Mareas diurnas (declinación lunar): una pleamar y una bajamar diaria (24h) Mareas mixtas: dos pleamares y dos bajamares de distinta amplitud (desigualdad diurna) Mareas de largo periodo: Mensual (perigeo Luna): días Anual (perihelio Tierra): días Marea nodal (recesión nodo ascendente de la Luna a lo largo de la Eclíptica): 18.6 años

12 La Teoría de Equilibrio de Newton:
Las Mareas La Teoría de Equilibrio de Newton: ¿Cuándo son más intensas las fuerzas generadoras de marea?: Luna y Sol alineados (luna llena y luna nueva) Luna y Sol en su posición más cercana a la Tierra (perigeo y perihelio) Declinación solar nula (equinoccios): mareas vivas equinocciales Marea semidiurna más intensa cuando coincide el equinoccio con el perigeo lunar y con declinación lunar nula: 18 de Marzo de 2007 18 de Marzo de 2011 19 de Marzo de 2015 27 de Septiembre de 2015 8 de Abril de 2020……

13 Las Mareas Las mareas reales
Causas de la diferencia entre las mareas reales y las predichas por la Teoría de Equilibrio (en amplitud y fase): Profundidad finita: fricción de fondo impide respuesta instantánea a las fuerzas de marea Efecto de Coriolis: rotación de la onda en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio Norte Masas continentales: impiden libre propagación de las ondas y provocan reflexiones, difracciones y refracción Aguas someras en las costas: amplificación de las ondas y aparición de nuevos armónicos No obstante, las frecuencias más importantes coinciden con la teoría

14 Las Mareas Las mareas reales Sistema anfidrómico:
las ondas de marea afectadas por la rotación terrestre se comportan como ondas de Kelvin en cuencas confinadas, cuyo periodo natural de oscilación se aproxima al de la marea, la formación de ondas estacionarias afectadas por el efecto de Coriolis da lugar a la aparición de un sistema amfidrómico: las ondas giran en torno a un punto de amplitud nula, llamado punto anfidrómico.

15 Las Mareas Las mareas reales

16 Las mareas en la costa española:
Santander: semidiurna Carrera máxima: 500 cm Las Palmas: semidiurna Carrera máxima: 297 cm Málaga: semidiurna Carrera máxima: 92 cm Barcelona: mixta Rango máximo: 40 cm

17 Influencia de la meteorología
Presión atmosférica, viento y oleaje producen variaciones de nivel durante una tormenta: storm surge Duración: horas a días Magnitud: decenas de cm a varios metros Huracán Carol: 31 de Agosto de 1954, Rhode Island (EEUU). Presión: 960 mb: Nivel: entre 2.5 y 3.5 m por encima de la marea astronómica

18 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: Presión atmosférica: fuerza vertical (disminución de 1 mb = aumento de nivel de 1 cm, hipótesis de barómetro Invertido) Viento: provoca desplazamiento y apilamiento del agua en la costa Oleaje el oleaje produce una subida del nivel medio al llegar a la costa: set-up de oleaje

19 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: Se puede predecir a corto plazo mediante modelos de circulación forzados con presión y viento de un modelo meteorológico:

20 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: La magnitud de estas variaciones es mayor en latitudes altas, tormentosas y de aguas someras Su impacto puede ser catastrófico en tierras bajas y deltas (Bangladesh, Holanda…) “Storm surge” históricos: Fecha Región Máximo residuo Pérdidas humanas 1864, 1876 Bangladesh ? 250000 Sept. 1900 Galveston, Texas 4.5 m 6000 Ener. 1953 Mar del Norte 3.0 m 2000 Novi. 1970 9.0 m 500000

21 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: Más recientemente: Huracán Katrina (Nueva Orleans, Agosto de 2005): máximo residuo 3.5 metros en el área del Delta del Misissipi Mar del Norte, 9 de Noviembre de 2007: el mayor desde el “storm surge” histórico de Máximo residuo 2.40 m en Sheerness. No coincidió con la pleamar, menos daños Ciclón Nargis (Myanmar, 2-4 de Mayo de 2008): muertos y mismo número de desaparecidos. Sandy (costa Este de Estados Unidos, 2012) Fenómeno frecuente, sin sistemas de alerta ni detección, la población está completamente desprotegida

22 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: Aunque de menor importancia en la costa española y menos impacto en vidas humanas, ocasionalmente se producen importantes daños en las infraestructuras relacionados con subidas de nivel del mar durante una tormenta: Fecha Zona Máximo residuo Daños Enero 1996 Galicia 60 cm Rotura paseo marítimo Coruña Novi. 2001 Mediterráneo 70 cm Inundaciones y daños en puertos Novi. 2002 Acci. Prestige

23 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: 10-16 de Noviembre de 2001: fuerte oleaje acompañado de una excepcional subida del nivel del mar y persistencia temporal “Unas treinta de carreteras quedaron cortadas y las olas se tragaron la arena de muchas playas. Algunas calles fueron invadidas por el mar” (El País Digital, 12/11/2001) “ En la Comunidad Valenciana, olas de siete metros de altura destruyeron ayer tarde parte de la escollera del muelle de la Cerámica, situada en la zona norte del puerto de Castellón. La zona afectada de la escollera tiene una longitud de un kilómetro y está totalmente inundada y llena de cascotes..” (El País Digital, 16/11/2001)

24 Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar: Noviembre 2001: máximos niveles del mar registrados por REDMAR: Barcelona Valencia

25 Secas y Tsunamis Secas:
Oscilaciones de nivel con periodos de varios minutos, que se superponen a la marea en puertos, bahías o golfos. Producidas por una perturbación en la presión atmosférica y el viento, que da lugar a un fenómeno de resonancia local Periodo de oscilación depende de las dimensiones de la masa de agua afectada, y coincide con su periodo natural de oscilación: En puertos y bahías, el nodo está situado cerca de la bocana o entrada, y el antinodo en el extremo cerrado:

26 Secas y Tsunamis Secas:
Fenómeno frecuente en el Mediterráneo, donde la amplitud puede ser del orden o superior a la propia marea y a los efectos meteorológicos. Ejemplo en Barcelona: periodo de oscilación 36 minutos

27 Secas y Tsunamis Tsunamis:
Origen: movimiento vertical del fondo marino por una de las tres causas siguientes: terremoto corrimiento de tierras erupción volcánica La perturbación en el gradiente horizontal de presión se propaga como una onda apenas apreciable en aguas profundas, que se amplifica al llegar a aguas someras Longitudes de onda de 100 a 200 km, periodos de minutos a horas Pueden dar lugar a resonancias o “secas” en bahías o puertos

28 Secas y Tsunamis Tsunamis:
Diferencia entre tsunami y oleaje producido por viento: Oleaje: energía en la capa superficial del mar Tsunami: energía en toda la columna de agua = cambio de nivel del mar

29 Secas y Tsunamis Tsunamis:
El más reciente y devastador: terremoto de Indonesia (2004) El más grave en en Europa: terremoto de Lisboa (1755) El más reciente en Europa: terremoto de Argelia (2003)

30 Características L~100 km, T~min-horas , C ≤ 800 km/h
Secas y Tsunamis El tsunami de Indonesia: Características L~100 km, T~min-horas , C ≤ 800 km/h

31 El tsunami de Lisboa (1755):
Secas y Tsunamis El tsunami de Lisboa (1755): Magn. Terr. >8.6 ??? Epicentro: 200 km. al sur del Cabo San Vicente muertos en Cádiz y Huelva y Marruecos Olas hasta Sevilla río arriba y de hasta 3 m en el Sur de Inglaterra

32 El tsunami de Argelia (2003):
Secas y Tsunamis El tsunami de Argelia (2003): Un ejemplo cercano: el tsunami producido por el terremoto de Argel el 21 de Mayo de 2003 produjo graves daños en puertos de Baleares Oscilaciones de nivel del mar de más de 1 metro en Mahón y San Antonio destrozaron decenas de caras embarcaciones deportivas

33 El tsunami de Argelia (2003):
Secas y Tsunamis El tsunami de Argelia (2003): Ejemplo del tsunami detectado por los mareógrafos de Puertos del Estado en el Mediterráneo tras el terremoto de Argelia del 21/05/2003

34 El nivel medio del mar ¿una referencia?
Pero ¿quién diría que la superficie del mar está inclinada? (Estrabón, “Geografía”) El nivel medio del mar, por su apariencia plana en relación a la tierra, se ha considerado históricamente una referencia de medida de altitudes Sin embargo, la superficie media del mar SÍ presenta variaciones de altura de un lugar a otro y a lo largo del tiempo

35 Algunas definiciones importantes:
Nivel medio del mar Algunas definiciones importantes: Definición de nivel medio del mar: altura de agua promediada en un periodo de tiempo suficientemente largo para filtrar las oscilaciones producidas por el oleaje, las “secas” y las mareas (diario, mensual, anual..) Varía espacial y temporalmente, pero con un orden de magnitud normalmente mucho menor que las variaciones de mayor frecuencia (10 a 20 cm por siglo) Nivel medio del mar en la costa (medidas de mareógrafos): nivel medio relativo a una señal de referencia en tierra, corresponde a la diferencia entre los movimientos verticales del terreno y el del nivel medio del mar (variación absoluta)

36 Nivel medio del mar Variación espacial:
Elipsoide de revolución: forma que, distorsionada por la rotación terrestre, adoptaría la superficie equipotencial de la Tierra si la densidad de la misma fuese uniforme Geoide: superficie equipotencial real que puede diferir en varias decenas de metros del elipsoide, debido a la densidad no homogénea de la Tierra El geoide constituye la referencia para el cálculo de gradientes horizontales de presión  Corrientes

37 Nivel medio del mar Variación espacial:
La superficie del mar no coincide con el geoide debido a: la variación espacial de la densidad del agua (temperatura, salinidad y presión) variación espacial de la presión atmosférica y los vientos medios Los cambios espaciales de nivel equivalen a gradientes horizontales de presión que dan lugar a corrientes (equilibrio geostrófico), en dirección perpendicular al gradiente:

38 Nivel medio del mar Variación espacial:
Diferencias del geoide respecto al elipsoide: -105 m ( Sur de India) a 75 m (Norte de Australia) El nivel medio del mar varía con respecto al geoide hasta 1 metro debido a diferencias de temperatura, salinidad, presiones y vientos medios y corrientes oceánicas Ej: nivel medio en la costa Pacífica de Panamá 0.20 m superior al de la Atlántica

39 Nivel medio del mar Variación espacial:
La variación espacial del nivel medio del mar refleja los patrones de circulación oceánica permanentes, como la Corriente del Golfo, o perturbaciones ocasionales en la misma como el fenómeno de El Niño (subida de nivel del mar en el Este del Pacífico) Máximos niveles en zonas tropicales de Indico y Pacífico, y mínimos en torno a la Antártida

40 Ciclo estacional y variación interanual:
Nivel medio del mar Ciclo estacional y variación interanual: El ciclo estacional está producido por la variación de la radiación solar a lo largo del año y el diferente grado de calentamiento del agua Influyen también las variaciones estacionales en presión y viento, y en las corrientes

41 Ciclo estacional y variación interanual:
Nivel medio del mar Ciclo estacional y variación interanual: La variabilidad interanual y decadal en el sistema océano-atmósfera produce importantes cambios de nivel del mar a gran escala Ej: El Niño, causa diferencias de nivel del Mar de entre 20 y 30 cm a ambos lados del Pacífico

42 Cambios seculares y eustáticos:
Nivel medio del mar Cambios seculares y eustáticos: Cambios seculares: cambios en el nivel medio del mar a largo plazo Cambios eustáticos: cambios en el nivel medio del mar global Movimientos epirogénicos: movimientos verticales del terreno de carácter regional Problema: identificar y separar los cambios eustáticos y epirogénicos, cuando sólo se conocen los cambios seculares en estaciones particulares Los cambios globales o eustáticos se producen cuando se altera el volumen total de agua en los océanos por: deshielo de los casquetes polares y los glaciares aumento de la temperatura del agua (expansión térmica) cambios en las reservas de agua dulce

43 Cambios seculares y eustáticos:
Nivel medio del mar Cambios seculares y eustáticos: El nivel medio del mar experimenta cambios aparentemente lentos a lo largo de los siglos (milímetros/año) Este ritmo se altera ante un cambio climático modificando la línea de costa: el nivel medio global subió 125 m una vez finalizado el deshielo tras el pico de la última glaciación, hace años Los efectos de un cambio climático permanecen durante siglos e incluso milenios, aunque a un ritmo más lento

44 Los movimientos de la tierra:
Nivel medio del mar Los movimientos de la tierra: Movimientos locales o regionales de la tierra pueden incrementar estos cambios en un factor de 2 ó 3 e incluso producir una aparente disminución del nivel del mar (ej: mar Báltico: rebote tras el deshielo) Rampa romana en Corintio (Grecia), inicialmente cubierta por el nivel tras un período de subsidencia y elevada posteriormente por actividad tectónica

45 El efecto invernadero:
Nivel medio del mar El efecto invernadero: Los cambios en la cantidad de gases de efecto invernadero y aerosoles en la atmósfera, alteran el balance de energía del sistema climático El calentamiento del planeta en la actualidad es inequívoco a partir de los datos de temperatura, nivel del mar y de la observación de glaciares y masas de hielo. Uno de los efectos más devastadores de este calentamiento es el aumento del nivel del mar Los últimos estudios consideran prácticamente demostrado que estos cambios tienen al menos en parte origen antropogénico

46 El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)
Nivel medio del mar El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007) La temperatura global superficial ha aumentado entre 0.56 y 0.92º C en los últimos 100 años (superior a la del IPCC del 2001) Este ritmo de calentamiento es probablemente el más importante del último milenio (11 de los últimos 12 años están entre los 12 años más cálidos del registro histórico)

47 El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)
Nivel medio del mar El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007) Datos mareógrafos y altimetría: Subida del nivel medio en el siglo XX: entre 12 y 22cm Subida del nivel medio global : 1.8mm/año Ritmo de subida : 3.1 mm/año

48 El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)
Nivel medio del mar El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007) La desaparición reciente de zonas de las masas de hielo de Groenlandia y la Antártida causa más probable del aumento del nivel del mar La contribución del deshielo de los glaciares a la subida del nivel medio ha aumentado considerablemente desde 1960 Rotura Plat. Larsen, de 3000 km2 (2002)

49 Nivel medio del mar El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)

50 Consecuencias de la subida del nivel del mar:
Nivel medio del mar Consecuencias de la subida del nivel del mar: Aumento de la erosión en playas (entre 50 y 200 veces el ritmo de subida del nivel medio) y acantilados Aumento del daño durante inundaciones y tormentas, así como la frecuencia de éstas Inundación de áreas bajas Intrusión salina en acuíferos Subida del nivel de la capa freática

51 Nivel medio del mar Variaciones regionales de las tendencias

52 Impacto en la población:
Nivel medio del mar Impacto en la población: Las zonas más afectadas serán las pequeñas islas y las zonas bajas (deltas) (en muchas ocasiones zonas densamente pobladas y con pocos recursos económicos y de adaptación) Bangladesh podría perder el 17% de su costa ante una subida del nivel medio de un metro

53 Ciclo natural o efecto antropogénico
Nivel medio del mar Ciclo natural o efecto antropogénico Los modelos confirman la influencia del hombre con más certeza en los últimos informes del IPCC

54 Nivel medio del mar Últimas previsiones (IPCC 2007)

55 Últimas previsiones (IPCC 2007)
Nivel medio del mar Últimas previsiones (IPCC 2007) El nivel del mar subirá entre 0.09 y 0.88 m en los próximos 100 años, aunque con grandes variaciones regionales. Projected sea level rise for the 21st century: The projected range of global averaged sea level rise from the IPCC 2001 Assessment Report for the period 1990 to 2100 is shown by the lines and shading. The updated AR4 IPCC projections made are shown by the bars plotted at 2095, the dark blue bar is the range of model projections (90% confidence limits) and the light blue bar has the upper range extended to allow for the potential but poorly quantified additional contribution from a dynamic response of the Greenland and Antarctic ice sheets to global warming. Note that the IPCC AR4 states that "larger values cannot be excluded, but understanding of these effects is too limited to assess their likelihood or provide a best estimate or an upper bound for sea level rise."

56 Observaciones frente a previsiones
Nivel medio del mar Observaciones frente a previsiones Los datos observados de mareógrafos y altímetro siguen el umbral superior de los rangos de subida de nivel previstos por el IPCC

57 El futuro…. (Meehl et al, Science, 2005)
Nivel medio del mar El futuro…. (Meehl et al, Science, 2005) En el futuro la contribución a la subida del nivel del mar del deshielo de los casquetes polares y los glaciares podría doblar la debida a la expansión térmica Si la concentración de gases efecto invernadero se estabiliza en el valor actual: la temperatura irá estabilizándose durante unos 100 años, pero el nivel del mar, por efecto térmico, continuará subiendo imbatible a un ritmo muy superior al de la temperatura (tres veces más rápido) Esto confirma que el efecto del cambio climático sobre el nivel del mar es mucho mayor y de más largo plazo que el efecto sobre la temperatura