Circulación General Oceánica Clase I Curso Climatología, 2016

¿Por qué son importantes los océanos para el clima?

¿Por qué son importantes los océanos para el clima? Porque pueden tener efectos directos e indirectos sobre el mismo

Efectos directos de los océanos en el clima Tienen mucha agua: 97% del agua del planeta está en los océanos. Fuente principal de vapor de agua para la atmósfera. 71% de la superficie del planeta está cubierta por océanos: Si no está congelado tiene bajo albedo. El océano recibe más del 50% de la energía que entra en el sistema climático. Gran capacidad calorífica: Cp_aire =1 J/g*K, Cp_agua = 4.18 J/g*K Inercia térmica: escalas de semanas a siglos. Reduce amplitud de ciclo estacional. Fuente principal de calor para la atmósfera. Es un fluido: 50% del transporte de energía del ecuador a los polos se da por el océano.

Efectos indirectos de los océanos en el clima Procesos químicos y biológicos: Reservorio de elementos químicos para la atmósfera. Intercambio de gases con la atmósfera: rol en determinación de la composición química de la misma. Ejemplo: El océano remueve CO2 de la atmósfera. Rol en la formación de nubes: Evaporación de spray puede formar núcleos de condensación de nubes.

Si la circulación oceánica es afectada por el calentamiento global → Observación: Si la circulación oceánica es afectada por el calentamiento global → Pueden esperarse grandes cambios en el sistema climático.

Propiedades del agua salada Variables importantes: Temperatura: ~3,6ºC [valor promedio] Salinidad: ~ 34 g/Kg [valor promedio] Densidad Relaciones: + Sal → + Densidad (relación lineal) + Temperatura → - Densidad (el agua se expande)

Estructura vertical de temperatura 3 secciones verticales: Aguas superficiales cálidas. [La luz sólo penetra unas decenas de metros] Cambio muy importante de la temperatura con la profundidad entre los 500- 100m: termoclina. En profundidad: temp. casi uniforme ~ 2ºC.

Estructura vertical de temperatura Mixed Layer: Luz, vida marina. Se calienta por radiación solar. Capa bien mezclada por los vientos. Aisla al océano profundo.

Estructura vertical de temperatura Termoclina: La temperatura cambia muy rápido. Zona de transición.

Estructura vertical de temperatura Océano profundo Esta agua se produce en pocas regiones del mundo. - Temp → + CO2 puede absorver

Estructura vertical de nutrientes Baja concentracion de nutrientes en superficie. [La luz define la zona eufótica donde viven las plantas oceánicas que requieren luz para la fotosíntesis. Las plantas, y el zooplancton que las consume, asi como otros organismos en la cadena alimentaria absorben la mayoria de los nutrientes y el dioxido de carbono disponible en la superficie.] Gradiente de concentración hasta los 1000m. En profundidad: concentración de nutrientes uniforme. [Cuando los organismos mueren precipitan]

CO2 en el océano - Temp. → + Co2 puede absorver el océano → Gran concentración de CO2 en el fondo oceánico. Si la temperatura del fondo oceánico aumentara, el dioxido de carbono escaparía a la atmósfera. La existencia de la termoclina atrapa al CO2 en las profundidades y el océano actúa como reservorio de CO2. ¿Por qué existe la termoclina?

Temperatura en una sección del Atlántico Océano calentado por arriba → Se estratifica (aguas cálidas arriba, aguas frías abajo). [Se inhibien movimientos verticales convectivos → No es como la atmósfera tropical]. ¿Por qué no existe una temperatura más uniforme en el océano? El calor podría haber sido transportado por difusión desde la superficie al fondo durante miles de años, calentando las capas más profundas.

Circulación general oceánica La termoclina está mantenida por las dos grandes circulaciones oceánicas: 1) Circulación Termohalina (involucra aguas profundas) 2) Circulacián de superficie, forzada por los vientos Circulación general oceánica

Circulación Termohalina Depende críticamente de la existencia de sal en los océanos (pues la sal afecta la densidad). En latitudes altas: Diferencia de temperatura entre aguas superficiales y profundas es pequeña. La adición de sal provoca que aguas superficiales se hundan. 2 procesos generadores de hundimiento de aguas: Evaporación: Sólo se evapora el agua pura, sin sal, dejando aguas oceánicas más saladas. Esto ocurre durante el invierno cuando masas de aire muy frías y secas se mueven del continente hacia un océano más cálido, lo cual calienta el aire y absorbe humedad, provocando que las aguas superficiales se enfríen, se hagan mas salinas y se hundan. Formación de hielo: el hielo se forma únicamente con moléculas de agua dejando las sales en el agua líquida, aumentando así la salinidad de los océanos.

Mares Labrador y Groenlandia son sitios de producción de aguas profundas. Distribucion de la densidad de superficie en el invierno del HN Mar de Labrador Mar de Groenlandia

Mares de Weddell y Ross son sitios de producción de aguas profundas. Distribucion de la densidad de superficie en el invierno del HS Mar de Weddell Mar de Ross

→ ¿Cómo sabemos de su existencia? La circulación Termohalina es muy lenta (al menos 1000 años para completar la circulación!!!) → ¿Cómo sabemos de su existencia? Evidencia de creación de aguas profundas: Distribución de tritium en el Atlántico Norte. El tritium entró al océano por causa de pruebas con bombas atómicas. Se observa que, en 10 años, aumentó la cantidad de tritium en aguas profundas. Muy estratificado inhibe convección.

Más evidencia: Distribución de edades del agua a 3km de profundidad. [Los puntos indican dónde se tomaron las medidas (Broecker, 1985)] 14C es creado en la atmósfera alta debido a los rayos cósmicos. Entra al océano a través de la absorción de CO2, y una vez debajo de la superficie decae. Sitios de formación de aguas profundas muestran las edades más jóvenes. Edades de agua a 3km de profundidad (años)

Circulación termohalina Azul – trayectoria de masas de agua en profundidad Rojo – trayectoria de masas de agua en superficie

Distribución de salinidad en el Atlántico: Evidencia Corrientes (1)‏ (2)‏ (3)‏ (4)‏ 30°S 24°N

El agua que se hunde es densa por su alta salinidad y su baja temperatura. Si la salinidad es suficientemente alta, el agua se hundirá aún si su temperatura aumenta un poco. Por lo tanto, la manifestación atmosférica del calentamiento global podría ser enlentecida si los océanos absorben el calor y lo guardan en capas profundas. La capacidad calorífica del agua es tan grande que aún un pequeño aumento de temperatura en el océano profundo puede representar un gran sumidero de calor. La sensibilidad de la circulación termohalina a perturbaciones – ¿qué se requiere para que la circulación se detenga o comience a funcionar en forma diferente? – no se conoce. Este es un tema de gran actividad de investigación mundial actual. Para determinar esto los científicos se basan en modelos climáticos numéricos y en el estudio de climas pasados – paleoclimas.