OCEANOGRAFÍA FÍSICA.

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1 OCEANOGRAFÍA FÍSICA

2 La oceanografía física es una rama de las ciencias del mar que se ha desarrollado rápidamente y que trata de entender los problemas relativos a las propiedades físicas del agua del mar, o bien, a los movimientos de las partículas fluidas que la componen, sin olvidar la acción recíproca del mar y de la atmósfera, por una parte, y del mar con el fondo oceánico, por otra.

3 Esta ciencia incluye dos actividades principales: la primera se dedica al estudio directo y a la preparación de cartas sinópticas de las propiedades físicas del océano, como temperatura, densidad, transparencia, presión, punto de ebullición, punto de congelación, calor específico, energía absorbida, entre otras; y la segunda es el estudio teórico de los procesos físicos del mar que intervienen en la circulación del agua oceánica, como corrientes, mezcla, mareas y surgencias, para explicar su comportamiento.

4 En el siguiente esquema se presentan de manera generalizada algunas de las propiedades físicas del océano:

5 ESTRUCTURA FÍSICA DE LOS OCÉANOS
Si recordamos las propiedades físicas del agua de mar, encontramos que el océano se encuentra dividido en su estructura vertical en capas, resultado esto de las diferencias de densidad que se presentan como resultado de la temperatura y salinidad.

6 De manera general, tendremos siempre al agua menos densa, más caliente y más ligera en la superficie, mientras que el agua más fría, salada y densa se encontrará más abajo.

7 Por lo anterior podemos dividir la estructura vertical del océano en tres zonas generales: la superficie, la picnoclina (la zona donde el cambio en la densidad es mayor*) y la zona profunda. (* La terminación clina hace referencia a las zonas donde el cambio en un parámetro es más acentuado, así tenemos que la termoclina es la zona en donde el cambio en temperatura es mayor y la haloclina es la zona donde el cambio en salinidad es mayor.)

8 La zona de la superficie es la que esta en contacto con la atmósfera y sufre cambios sustanciales debido a las variaciones estaciónales en la cantidad de agua (precipitación, evaporación) y de radiación solar. La zona superficial tiene en promedio 100m de anchura y constituye cercan del 2% del volumen del océano. Es esta zona también la que se ve más influenciada por los fenómenos atmosféricos, lo que provoca que esta zona sea relativamente homogénea por los procesos de mezcla. Por esta razón también se le conoce como zona mezclada. La importancia de la zona superficial es que es ahí en donde se presenta la mayoría de la producción primaria (fotosíntesis) por que es la zona en donde la luz puede penetrar, además de que como ya se mencionó, es la zona que interactúa con la atmósfera.

9 En la picnoclina, la densidad del agua cambia de manera notable conforme se incrementa la temperatura y forma entonces una capa de mayor estabilidad que la de las aguas superficiales. Como ya mencionamos, la formación de la picnoclina es el resultado de los cambios en la temperatura y salinidad con la profundidad, por lo que no es de sorprender que la termoclina coincida con la picnoclina. La formación de termoclinas es mucho más marcada en las zonas oceánicas que se ven más afectadas por la radiación solar. En altas latitudes, donde la radiación solar puede no ser suficiente, el establecimiento de la picnoclina puede darse por efectos de la salinidad (por procesos de precipitación)

10 La picnoclina aísla parcialmente a la zona profunda del océano de los procesos superficiales debido a que las aguas superficiales de menor densidad no pueden mezclarse fácilmente con las aguas más profundas y densas. Los cambios en la temperatura son mínimos en las aguas por debajo de la picnoclina. La zona profunda comprende cerca del 80% de las aguas oceánicas y se encuentra en promedio a profundidades de 2,000m o más. En general, la zona profunda es más rica en nutrientes que la zona superficial.

11 MASAS DE AGUA A pesar de la aparente homogeneidad del Océano es posible distinguir varias zonas donde las aguas tienen propiedades características bastante homogéneas, a partir de las cuales se puede inferir algunas otras características como su origen y movimientos . Las principales propiedades del agua que determinan estas masas de agua son temperatura y salinidad.

12 Una masa de agua es un volumen de agua caracterizado por la gráfica de una curva de Temperatura vs. Salinidad y cuya extensión queda determinada por la semejanza con otras curvas obtenidas en diferentes puntos y estaciones.

13 Las masas de agua con temperaturas y salinidades características se forman en cierta áreas aisladas del océano. Las características que tiene el agua y, en particular, la temperatura y salinidad son adquiridas mientras se encuentra en la superficie bajo la influencia de los procesos que afectan esas propiedades (radiación, evaporación, precipitación). Estas características se modifican al mezclarse con otras masas de agua, por lo que dejan la superficie para hundirse según su densidad. Se puede afirmar que las distintas masas de agua se forman de dos maneras: 1. Por mezcla subsuperficial de las masas de agua que se transportan por efecto de las corrientes.

14 2. Por procesos físicos meteorológicos en la superficie (enfriamiento, calentamiento por radiación, evaporación o precipitación, fusión de hielo, etc.).

15 Dadas las características propias de las masas de agua, (temperatura, salinidad, densidad, presión, gases disueltos, etc.) cada masa de agua representa un ecosistema diferente y, no sólo eso, sino que el origen de las masas de agua afecta a estos factores y las condiciones de vida de los organismos y también determina la productividad primaria. El estudio de las diferentes masas de agua y, por lo tanto, de la determinación de la densidad producida por la relación temperatura-salinidad, es una de las operaciones de gran importancia para la oceanografía física, debido a que crea los conocimientos para entender toda la dinámica del océano y proporciona las bases para establecer la síntesis sobre los movimientos del agua del mar.

16 FRENTES De manera general podemos decir que un frente es una zona de frontera entre dos masas de agua en donde se da el choque de estas. Por las ligeras diferencias que las masas de agua presentan en salinidad y temperatura, cuando dos masas se encuentran no hay una mezcla inmediata, sino un choque inicial que posteriormente generará una zona de mezcla de las dos masas de agua. Los frentes son zonas también muy productivas, ya que los nutrientes tienden a acumularse y depositarse en estas zonas. Un ejemplo típico de frentes lo tenemos en las desembocaduras de los ríos, pero también pueden encontrarse en zonas del océano abierto.

17 PATRÓN GENERAL DE CIRCULACIÓN DE LOS OCÉANOS: CORRIENTES
Las corrientes, o el movimiento de las masas de agua, pueden ser dividas en corrientes impulsadas por el viento y corrientes termohalinas. La circulación por el viento es principalmente horizontal y es importante en las aguas superficiales (hasta más de 300m), donde tienen un papel importante en el transporte de calor hacia las latitudes altas. La circulación termohalina tiene un significativo componente vertical y es la causante de la mezcla de las masas de agua. La circulación termohalina se inicia en las latitudes altas donde se produce agua de mayor densidad que se hunde y se expande lentamente.

18 La circulación eólica corresponde de manera general al patrón general de circulación atmosférica. Este patrón de viento es relativamente constante, cambiando únicamente en eventos extraordinarios, como el Niño, que cambia el patrón de circulación del viento, lo que a su vez cambia la circulación marina.

19 Corrientes Termohalinas
El término de circulación termohalina se refiere a la circulación del agua por cambios ya sea en su temperatura o densidad. De manera general, sabemos que en latitudes bajas hay un mayor calentamiento de las aguas superficiales. Por este calentamiento, esas aguas se expanden y suben su nivel. Por esa diferencia de nivel, el agua caliente de los trópicos fluye hacia los polos. No es este, sin embargo el único mecanismo de formación de corrientes termohalinas.

20 Otras corrientes termohalinas se producen en altas latitudes
Otras corrientes termohalinas se producen en altas latitudes. Como sabemos existe una pérdida de calor en los polos, por el enfríamiento del agua en la superficie, lo que provoca que su densidad aumente y se hunda. Además, el incremento en la salinidad durante la formación del hielo contribuye también al incremento en la densidad. A ese hundimiento de grandes cantidades de agua de la masa superficial se le llama convergencia. También pueden presentarse convergencias en latitudes medias por incremento de la densidad debido a la evaporación.

21 Dentro de los movimientos de convergencia que se presentan en los océanos, uno de los más notorios es el antártico, que rodea al planeta entre los 50° y 60° de latitud austral. En las convergencias tropicales, localizadas en las latitudes bajas, las aguas que se hunden sólo llegan a poca profundidad.

22 El agua que se dirige hacia zonas más profundas durante las convergencias generalmente regresa a la superficie, y cuándo esto sucede se presentan las llamadas divergencias, o también surgencias, que pueden encontrarse a lo largo del perímetro del Continente Antártico y en ciertos lugares frente a las costas occidentales de los continentes. En estas zonas situadas frente al continente la acción de los vientos que soplan paralelamente a la costa es determinante para que se presenten los movimientos de divergencia, encontrándose las regiones de surgencia más importantes del planeta frente a las costas de California, Perú, Marruecos, África Sudoccidental y Australia Occidental.

23 En resumen y de manera general, se puede decir que las corrientes oceánicas se producen porque el agua caliente del ecuador, que es más ligera, fluye hacia los polos por la superficie del mar, al llegar a éstos se enfría, desciende y regresa hacia el ecuador por el fondo, ascendiendo muy lentamente en las regiones tropicales, para iniciar el ciclo nuevamente. La rotación del planeta complica más la circulación oceánica, porque tiende a desviar todas las masas de agua hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur por el efecto Coriolis.

24 De este modo, grandes cantidades de calor solar son transportadas desde los trópicos hacia el norte y el sur, dispersándose por el planeta; este calor, al aumentar, produce la evaporación del agua en regiones subtropicales, la cual se precipita como lluvia en las zonas templadas de mayor latitud. Esta disipación del calor solar hace posible que una gran parte del planeta sea habitable e influye en la distribución de los seres vivos.

25 SURGENCIAS O AFLORAMIENTOS
Las aguas de mayor producción primaria pueden agotar los nutrientes de esa capa y, en cambio, en las zonas más profundas, donde abundan los nutrientes del fondo, debido a que no llega la luz solar, la productividad es casi nula. Como ya se menciono, por los procesos de divergencia, el agua rica en nutrientes del fondo, puede aflorar por movimientos verticales de las capas de agua cerca de las costas. Para entender porque se dan las surgencias cerca de las costas es necesario explicar un poco acerca del movimiento de las masas de agua cerca de las costas usando la Espiral de Ekman.

26 Por el efecto de Coriolis, las aguas superficiales son desviadas hacia la derecha en el hemisferio norte. El físico Walfrid Ekman demostró que cada capa de agua en la superficie pone en movimiento a la capa inferior, con el resultado de que esa capa se mueve ligeramente menos que la superior. A su vez, esa capa pone en movimiento a la que se encuentre bajo ella y esa a la siguiente. Si ese movimiento lo representamos como vectores obtenemos la espiral de Ekman.

27 En algunas zonas costeras, cuando el viento sopla paralelo a la costa, el transporte de Ekman causa que el agua superficial se aleje de la costa. Esas aguas superficiales son entonces reemplazadas por aguas provenientes de m de profundidad, que típicamente son más frías y con menor cantidad de oxígeno disuelto que las aguas superficiales. Además, esas aguas del fondo son ricas en nutrientes (fosfatos y nitratos) por lo que las áreas de surgencias son zonas sumamente productivas.

28 MAREAS Las mareas son variaciones periódicas en el nivel de la superficie del agua de los mares. Las mareas son el resultado de la atracción gravitacional del sol y de la luna sobre la tierra. Ya que el sol se encuentra alejado 360 veces más lejos que la luna de la tierra, la influencia de la luna sobre las mareas es mayor.

29 Si pensamos en el océano de una manera ideal, es decir, con una profundidad uniforme y sin fricción entre este y el piso oceánico estamos hablando de la teoría del equilibrio de mareas. Tomando lo anterior en cuenta y considerando a la luna exactamente sobre el ecuador, podemos esperar en este punto dos mareas altas y dos mareas bajas al día. Estas mareas serán aun mayores cuando la luna este alineada con el sol (luna llena y nueva) ya que las fuerzas de atracción de la luna se sumarán con las del sol.

30 Obviamente, cuando la luna se encuentre en cuarto creciente o menguante, el efecto de la marea será menor, por la interferencia de las fuerzas de atracción del sol y la luna. Como se mencionó anteriormente, en cualquier punto de la tierra (excepto en los polos) se esperaría que se presentaran dos mareas altas y dos mareas bajas. Sin embargo, eso era considerando un océano ideal. Cuando se toman en cuenta los factores de la profundidad, el tamaño y la forma de las cuencas oceánicas y el efecto de los continentes hablamos de la teoría dinámica de mareas.

31 En la realidad, encontramos que existen varios tipos de marea en las diferentes partes del mundo, considerando la teoría dinámica. Tenemos mareas diurnas, caracterizadas por una sola marea alta y baja en un ciclo lunar, mareas semidiurnas, en donde se tienen dos mareas altas y dos mareas bajas por día de aproximadamente la misma magnitud y mareas mixtas que pueden tener características tanto de mareas diurnas como de semidiurnas.

32 OLAS La superficie del mar parece estar siempre en movimiento. Esos movimientos son el resultado de las olas que viajan en su superficie. Las más comunes y pequeñas son generadas por el viento, y rompen de manera gentil en las costas. Las olas generadas por movimientos tectónicos pueden generar olas potencialmente destructivas.

33 En el mar podemos tener diferentes tipos de olas, como olas de zonas someras, tsunamis, ondas internas y ondas de marea. Las características de una ola ideal,viéndola pasar desde un punto fijo son las siguientes: la parte más alta llamada cresta, los valles que son las depresiones, la longitud de onda, que es la distancia entre cresta y cresta y la altura, que es la distancia entre el valle y la cresta. El período será el tiempo que dura el paso de una longitud de onda.

34 En esta ocasión nos enfocaremos únicamente en las olas generadas por el viento.
Tres factores afectan el crecimiento de las olas. El primero es la velocidad del viento. El segundo es la duración del viento y el tercero es la distancia ininterrumpida en la cual el viento sopla sin cambiar de dirección (fetch). Por ejemplo, el fetch es mayor en el Pacífico Sur, que en una zona como el Golfo de California. Generalmente, altas velocidades de viento de larga duración producen grandes olas con grandes longitudes de onda y períodos grandes también.

35 World Meteorological Organization Sea State Code
Los marineros desde hace mucho tiempo reconocieron la relación entre la velocidad del viento y la altura de las olas. De este conocimiento se derivó el Código de la Organización Meteorológica Mundial del Estado del Mar: World Meteorological Organization Sea State Code Sea State Code Description Average Wave Heights (feet) Sea like a mirror; calm None 1 Smooth sea; ripples, no foam 2 Slight sea; small wavelets 3 Moderate Sea; large wavelets, crests begin to break 4 Rough sea; moderate waves, many crests break, whitecaps 4 - 8 5 Very rough sea; waves heap up, forming foam streaks 8 - 13 6 High Sea; sea begins to roll, forming very definite foam streaks and considerable spray 7 Very high sea; very big, steep waves with wind-driven overhanging crests, sea surface whitens due to dense coverage with foam 8 Mountainous seas; very high-rolling breaking waves, sea surface foam-covered 9 Mountainous seas; air filled with foam, sea surface white with spray 45 and greater

36 Las olas generadas en el mar son empujadas por el viento hacia las costas, donde liberan su energía en la zona de rompientes. La forma en que una ola rompe tiene mucho que ver con la forma del fondo de la costa en donde rompe: