UNIVERSIDAD DEL ZULIAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA GEODSICASEMINARIO DE GEODESIA SUPERIORPROF. EUGEN WILDERMANN

Autoras:Bravo, SilviaContreras, YdauraLara, Rosana

Maracaibo, Julio de 2012 LA OCEANOGRAFA FSICALa Oceanografa Fsica es una rama de las ciencias del mar que se ha desarrollado rpidamente y que trata de entender los problemas relativos a las propiedades fsicas del agua del mar, o bien, a los movimientos de las partculas fluidas que la componen, sin olvidar la accin recproca del mar y de la atmsfera, por una parte, y del mar con el fondo ocenico, por otra.Esta ciencia incluye dos actividades principales: la primera se dedica al estudio directo y a la preparacin de cartas sinpticas de las propiedades fsicas del ocano, como temperatura, densidad, transparencia, presin, punto de ebullicin, punto de congelacin, calor especfico, energa absorbida, entre otras; y la segunda es el estudio terico de los procesos fsicos del mar que intervienen en la circulacin del agua ocenica, como corrientes, mezcla, mareas y surgencias, para explicar su comportamiento.La circulacin del agua del mar es la propiedad fsica bsica que se presenta en el ocano, por lo que los oceangrafos la han estudiado mediante muchas tcnicas. De esta caracterstica se derivan todas las dems propiedades fsicas del mar y, a su vez, la circulacin es el resultado de la interaccin de ellas.Figura 1. Oceanografa fsica.

Figura 2. Circulacin del agua ocenica.De manera general, se puede decir que las corrientes ocenicas se producen porque el agua caliente del ecuador, que es ms ligera, fluye hacia los polos por la superficie del mar, al llegar a stos desciende, se enfra y regresa hacia el ecuador por el fondo, ascendiendo muy lentamente en las regiones tropicales, para iniciar el ciclo nuevamente.De este modo, grandes cantidades de calor solar son transportadas desde los trpicos hacia el norte y el sur, dispersndose por el planeta; este calor, al aumentar, produce la evaporacin del agua en regiones subtropicales, la cual se precipita como lluvia en las zonas templadas de mayor latitud. Esta disipacin del calor solar hace posible que una gran parte del planeta sea habitable e influye en la distribucin de los seres vivos.La circulacin del agua no es tan sencilla como se describi anteriormente, debido a que la complica el movimiento de los vientos. Los persistentes alisios empujan el agua caliente de la superficie hacia el Oeste, a lo largo del ecuador en los ocanos, hasta que esta agua encuentra tierra y se desva hacia el norte y el sur, formndose varias corrientes marinas; por su gran caudal se han hecho famosas dos de ellas: la Corriente del Golfo y la del Este de Australia.La rotacin del planeta complica todava ms la circulacin ocenica, porque tiende a desviar todas las masas de agua hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur.A esto se deben sumar otros fenmenos que dificultan la circulacin de corrientes, como son los que se presentan en lugares donde la evaporacin es grande, por lo que se produce agua ms salada y pesada que desciende a profundidades hasta de 1.5 kilmetros, como por ejemplo, en el Mar Rojo, y las zonas rtica, antrtica y subantrtica que cambian las velocidades de enfriamiento del agua, lo que provoca fenmenos de hundimiento o de surgencia que varan las caractersticas de las corrientes.

Figura 3. Propiedades fsicas del ocano.

Observar la diversidad del proceso que interviene en la circulacin del agua en el ocano permite dar cuenta de la infinidad de problemas que tienen que resolver los oceangrafos fsicos en relacin con esta caracterstica.Otro campo de la fsica del mar es el estudio de las olas, las mareas y los niveles de agua. El conocimiento ms profundo sobre el origen y comportamiento de las olas ha permitido prever los maremotos, salvando con ello gran cantidad de vidas.Los estudios de las mareas son imprescindibles para las construcciones portuarias y tambin para realizar las obras de tipo hidrulico que permiten que las bocas de las lagunas costeras se mantengan abiertas y que la vida en ellas permanezca estable.Asimismo, son de gran utilidad para la industria pesquera, ya que algunos mtodos de captura se basan en el comportamiento que los seres vivos presentan ante los cambios de marea. Y, de unos treinta aos a la fecha, las mareas son utilizadas para producir fuerza motriz.El nivel del mar no es constante y no slo vara con las mareas diarias, sino que todos los aos sube en verano y baja en invierno, a causa, principalmente, de los cambios de temperatura y de la presin atmosfrica.En los ciclos que han durado cientos de aos, el nivel del ocano tambin se ha ido modificando debido al aumento y disminucin de los hielos polares. En la poca de los romanos, el nivel del mar era bajo, los inviernos eran fros y los veranos secos, pero a partir del ao 500 de la era actual los hielos polares disminuyeron, el nivel del mar aument y muchas zonas costeras fueron cubiertas por el agua; lo mismo ocurri con los puertos construidos en los das de Roma, pero los que se hicieron para sustituirlos quedaron distantes del mar durante la Edad Media, en la cual baj el nivel del mar, debido a que se produjo otra poca de fros. El estudio de estos cambios del nivel del mar permiten predecir las variaciones del clima, entre otros fenmenos.El ocano regula las caractersticas del clima y se puede considerar como la "memoria" de la atmsfera, porque en l se deposita la mayora de los cambios atmosfricos que se van acumulando; en ocasiones estos fenmenos pueden regresar a la atmsfera causando modificaciones.La accin que el ocano ejerce sobre el clima es estudiada por la meteorologa, una rama de la fsica. Uno de los procesos ms interesantes para este estudio es la distribucin de calor en el globo, regulada principalmente por las corrientes ocenicas. El mar acta como un inmenso regulador que equilibra el contenido en vapor de agua y bixido de carbono en la atmsfera: estas dos sustancias son las causantes principales de la retencin de casi todo el calor del Sol cerca de la superficie de la Tierra, lo que permite comprender la importancia que para el clima tienen los ocanos. Para estudiar estos fenmenos, la oceanografa fsica emplea satlites meteorolgicos.En el estudio de la fsica del mar los cientficos han desarrollado gran cantidad de tcnicas y aparatos, los cuales cada vez se hacen ms complejos. As, por ejemplo, las corrientes de superficie que se medan observando cmo se desplazaba un objeto flotante (que podra ser una botella llena de aire), en la actualidad se estudian utilizando el cinematgrafo geoelctrico, que registra el voltaje producido por las corrientes y que permite conocer su velocidad. Tambin para medir esta importante caracterstica se utilizan las boyas de flotabilidad neutra.Uno de los mayores adelantos tcnicos que se ha tenido en la oceanografa fsica es la construccin de un instrumento que mide continuamente la temperatura, salinidad, velocidad de corriente y velocidad del viento. Este instrumento se hace llegar al fondo, transmitiendo informacin a la superficie mediante impulsos sonoros codificados que son registrados en estaciones fijas de observacin en el mar, las que a su vez transmiten estos impulsos por radio a los laboratorios en tierra.Con estos mtodos la oceanografa fsica permite comprender y predecir que algunas partes del ocano sean ms frtiles y prolferas en seres vivos que otras.La produccin del ocano est ntimamente relacionada con las caractersticas fsicas y qumicas del agua. Cuando el plancton capta la energa del Sol y la almacena para elaborar alimento, necesita de sustancias inorgnicas llamadas nutrientes, las cuales se encuentran en el fondo del ocano como producto de la descomposicin bacteriana de la materia orgnica, y para salir del fondo y subir a la superficie necesitan de las corrientes llamadas surgencias, siendo esto un abono del mar, semejante a lo que sucede cuando se fertiliza un pastizal. Esto permite que aumente la produccin de alimentos, y por lo tanto, las poblaciones de vegetales y animales marinos.Esta rea de las ciencias del mar est en pleno desarrollo y los fsicos que se especializan en el estudio de los mares pueden dividirse en oceangrafos fsicos (tambin llamados hidrgrafos) y meteorlogos marinos.

MISIN SATELITAL GOCE

GOCE se dedica a medir el campo gravitatorio de la Tierra y la modelizacin del geoide con una precisin y resolucin espacial sin precedentes. Los datos de esta misin de gravedad avanzada mejorar nuestro conocimiento de la circulacin ocenica, que desempea un papel crucial en los intercambios de energa en todo el mundo, el cambio del nivel del mar y los procesos de la Tierra interior. GOCE tambin ayudar a hacer avances significativos en la geodesia y la topografa.

OBJETIVOS DE GOCE

Los objetivos cientficos de la misin GOCE se basan en la capacidad nica de un gradiometro de gravedad para proporcionar un modelo global, preciso y detallado del campo gravitatorio de la Tierra y el geoide. Este modelo servir a los siguientes objetivos cientficos multidisciplinarios: para proporcionar una nueva comprensin de la fsica del interior de la geodinmica de la Tierra, incluyendo lo relacionado con la composicin de la litosfera del manto, la geologa, y de los procesos de subduccin para proporcionar un clculo preciso del geoide marino, en combinacin con altimetra por satlite, necesario para la determinacin cuantitativa de las corrientes ocenicas absolutas y su transporte de calor y otras propiedades para proporcionar un mejor sistema global de referencia de altura para la conexin de referencias, que puede servir como una superficie de referencia para el estudio de los procesos topogrficos, incluyendo la evolucin de las capas de hielo y la topografa de la superficie terrestre. para proporcionar estimaciones del espesor de las capas de hielo polar a travs de la combinacin de topografa del lecho rocoso derivado de gradiometra y la capa de hielo topografa de la superficie de la altimetra.Los avances en cada una de estas reas de investigacin se beneficiar la evolucin de los dems, incluyendo el estudio de la del nivel del mar el cambio.

APLICACIN DE GOCE EN EL ESTUDIO DE LA CIRCULACIN OCENICA

Una mejor comprensin del campo gravitatorio de la Tierra y su geoide asociado contribuir al avance de nuestro conocimiento de cmo funciona el sistema Tierra-. En particular, un modelo preciso del geoide ayudara a avanzar en la comprensin global de los patrones de circulacin ocenica.

La circulacin ocenica juega un papel crucial en la regulacin del clima mediante el transporte de calor desde latitudes bajas a altas en las aguas superficiales, mientras que las corrientes de flujo frias a latitudes altas y en aguas profundas de nuevo hacia el ecuador. La Corriente del Golfo, que transporta aguas clidas superficiales hacia el norte desde el Golfo de Mxico, es un buen ejemplo del importante papel que desempean las corrientes ocenicas en la moderacin del clima. Gracias a esta corriente, las aguas costeras de Europa son en realidad 4 C ms clidas que las aguas en latitudes equivalentes en el Pacfico Norte. Sin embargo, el conocimiento del papel que desempean los ocanos en el sistema de la Tierra es actualmente insuficiente para la prediccin precisa del cambio climtico.Con el fin de estudiar de forma mas eficaz la circulacin del ocano, es necesario tener un mapa exacto de geoide de la Tierra. El geoide representa la forma de una superficie del ocano hipottico en reposo en respuesta a las variaciones en el campo de gravedad de la Tierra. Las fuerzas externas como el viento hacen que la superficie real de las aguas a desviarse del geoide. Los actuales sistemas de altmetro de la ESA del ocano, tales como los de ERS y Envisat de la altura medida de la superficie del mar por lo general muestran +/- 1 metro en relacin con las variaciones del geoide. Actualmente, el grado en que los datos altimtricos se puede utilizar para hacer estimaciones precisas del transporte de calor, la sal y de agua dulce, est limitada por la calidad del geoide a escalas de longitud corta. Por lo tanto, la combinacin de la altura de la superficie del mar asignada por los altmetros y el conocimiento del geoide marino precisa que mejorar nuestra comprensin de las corrientes superficiales y conducir a un mejor conocimiento de los patrones de circulacin general del ocano, lo cual es crucial para entender el cambio climtico.

Teniendo en cuenta la posibilidad apasionante de la nueva GOCE (1-2 cm del geoide global), los satlites de altimetra cuentan con registros de datos que abarcan los ltimos 15 aos se pueden utilizar para proporcionar un panorama detallado en retrospectiva de los patrones de circulacin ocenica y variaciones, y sus consecuencias para el agua del mundo y los ciclos de energa

GOCE Y EL OCANO

Las corrientes ocenicas son factores importantes del clima planetario. A menudo hay poca evidencia directa de su presencia en la superficie del mar. La misin de gravedad GOCE de la ESA est proporcionando mapas ms precisos de las corrientes globales que nunca antes fueron logrados.Imagnese por arte de magia chasqueando los dedos pueda acercar el mar a un estado de descanso perfecto. Antes de que se encuentren todava un vasto cuerpo de agua sin corriente o incluso ondas, ya no est sujeto al viento o la marea o la fuerza de rotacin de la Tierra - ahora slo es influenciado por la gravedad.

GOCE en rbita.

Precisar los detalles de un escenario terico ha sido la meta del campo de gravedad de la ESA y en estado estable de Explorador de la Circulacin Ocenica (GOCE). En marzo del ao pasado, GOCE produjo el ms precisa "geoide" conocido, lo que representa una superficie a nivel mundial de igual potencial gravitatorio, lo que equivale a la forma de los ocanos del mundo que se producira si se ve afectada por vientos, corrientes u otras fuerzas perturbadoras.Un modelo mejorado de este ocano inerte, terico es el geoide que tiene importantes aplicaciones a la hora de estudiar la circulacin real del ocano dinmico - fue una de las principales razones por las que fue aprobada la misin en 1999, y representa la mitad de las iniciales del nombre de GOCE.

Las diferencias entre el geoide y la superficie del mar real destaca en la presencia de las corrientes ocenicas. Tal conocimiento tiene muchas aplicaciones, incluyendo la organizacion actividades en el mar y las flotas pesqueras, la optimizacin de rutas de navegacin, vigilancia de la contaminacin y la seguridad martima.

Aire acondicionado Planetario

Lo ms importante de todo, las corrientes marinas son un motor importante del sistema climtico, absorbiendo calor radiante del sol para el transporte de todo el mundo, como un sistema de aire acondicionado del planeta. En particular, las aguas clidas del clima de la Corriente del Golfo de Europa, que se mantienen 4 C ms clidas que las latitudes comparables en todo el mundo."El ocano transporta alrededor del 30% del calor en este planeta, y el resto va a travs de la atmsfera", explica Rune Floberghagen, Director de la Misin GOCE. "As que este es uno de los dos mecanismos de regulacin mas importantes para el clima planetario.

"Lo que ahora podemos hacer es proporcionar una determinacin en todo el mundo de la topografa dinmica de la circulacin ocenica actual. Esto es algo que de otra manera tomara miles de boyas y flotadores de obtener. "

De tercera generacin, el geoide GOCE se ha creado con ms de 50 millones de mediciones de pequeas variaciones en la atraccin gravitacional en su rbita alrededor del planeta a slo 255 kilometros hacia arriba, mucho ms cerca que cualquier otro satlite. "El geoide tiene un rango dinmico de arriba a abajo de unos 200 m en todo el mundo, y nuestro objetivo es trazar un mapa con una precisin de un centmetro o dos, a una escala espacial de cientos de kilmetros o menos", aade el Runa. "Ya hemos tomado hasta unos 4 cm, mucho mejor y que jams se ha logrado antes. Cuanto ms larga y continua sea la misin ms podemos mejorar su precisin. "

La combinacin de datos satelitales para rastrear las corrientes ocenicas

A medida que avaza la cartografa de las corrientes ocenicas, el geoide GOCE se combina con los datos de los altmetros de radar, generalmente considerados como la clase ms til de los instrumentos de satlite para la oceanografa. Empleado en los satlites como el Envisat, Jason-1 o CryoSat-2, los altmetros radar rebotan pulsos de microondas en el ocano para registrar la altura de la superficie del mar. Las zonas de aguas ms clidas reposan unos pocos centmetros ms altos, estos rodean el agua ms fra, por lo que las corrientes superficiales se asignan en forma permanente.

Velocidad del superficial del agua Aplicar los resultados de GOCE con los datos del altmetro amplifica la seal de estas corrientes. En esencia, todo se reduce a un proceso de sustraccin, Runa, explica: "Piense en el geoide como una referencia de altura ideal, lo que representa el agua plana, ya que se encuentran sin alteraciones perpendicular a la gravedad local en reposo - como el agua en un bao.

"Entonces tomamos la altura del agua superficial real, medida con la altimetra de radar. Luego restamos el segundo valor de la primera y la diferencia que nos queda es la topografa, que es el estado de equilibrio dinmico del ocano. En algunas regiones se revel que el ocano est por encima de la superficie de la misma energa del geoide - al igual que a alguien tirando de su mano a travs del agua de su baera. Cuando esto sucede, el agua se eleva por encima de sus manos, para caer en otro lugar.

Olas del oceanoa

"La opcin tambin est ah para que se combinen con las mediciones de salinidad de los ocanos de regresar la misin SMOS de la ESA. Adems, el valor del geoide no vara con el tiempo, por lo que se puede usar para mirar hacia atrs en datos obtenidos por satlite, y en ese momento comenzamos a ver cmo estas corrientes han cambiado con el tiempo.

"Por lo tanto llegamos a afinar la precisin de las corrientes como un insumo para los modelos climticos, y es en este punto que una medida bastante abstracto de las aceleraciones en el espacio comienza a tener una influencia sobre los verdaderos problemas polticos y sociales de la poca, como el forma en que nuestro clima cambia. "

Ajuste de los mapas actuales

Los algoritmos especializados necesarios para aplicar los valores medios dinmicos de la topografa entregados por los resultados de GOCE se desarrollaron antes de la misin espacial de alcanzar, en las actividades dedicadas como el geoide y la circulacin ocenica en el Atlntico Norte (GOCINA), financiado por la Unin Europea. La velocidad superficial de las corrientes puede ser rastreada junto con la topografa media.Por el momento el equipo de GOCE, est tratando de ajustar sus mapas de circulacin de los ocanos para obtener una mejor visualizacin de lo que est sucediendo no slo en el sistema de mayor circulacin ocenica - tales como la Corriente del Golfo Atlntico, Kuroshio de Japn y las corrientes de frica Agulhas - pero mucho ms pequeas corrientes en los mares relativamente poco profundos, tales como el Mediterrneo.

"Dicho crudamente, cuanto mayor sea el nivel del agua en la topografa dinmica, mayor es el gradiente de presin de la corriente", explica Runa. "Alrededor de la parte superior de la escala, la corriente del Golfo se mueve a razn de un par de metros por segundo, con los grandes petroleros a menudo se posicionan en el centro de este para ganar un viaje casi gratis a Europa.

La topografa dinmicaGOCE fue planeado originalmente para reunir tan slo un ao de datos, por lo que su vida til ya ha sido ms que duplicada. Esto ha sido parcialmente debido a un ciclo solar inusualmente tranquilo, es decir, la parte superior de la atmsfera ha demostrado ser ms delgada y menos turbulenta de lo previsto, es decir, menos de suministro de combustible para, una cantidad finita de combustible xenn ha sido necesaria para superar la resistencia del aire.Adems de combustible, la financiacin de la misin le permitir continuar la recopilacin de datos por lo menos hasta finales de 2012, Runa concluye: "Nuestra resistencia sin sistema de propulsin ha resultado ser una maravilla: lo que tienes que acercar a los mrgenes de nuestros resultados para ver algn impacto del arrastre del aire"As que el satlite GOCE ha demostrado ser ms que capaz de llevar a cabo su tarea asignada, y como datos adicionales se destina que la exactitud de nuestro geoide este mejorando todo el tiempo."

LOS SATLITES Y LAS CORRIENTES OCENICAS

Los satlites ofrecen una visin frecuente de nuestro planeta - en su mayora cubierto por el agua - y proporcionan datos valiosos para monitorizar y comprender la circulacin ocenica mundial. La descripcin de las corrientes de agua en la superficie del ocano es importante para muchas aplicaciones.Las corrientes ocenicas superficiales han fascinado desde siempre a los oceangrafos ya que ayudan a entender el papel de los ocanos en el sistema de la Tierra y cmo afectan a nuestro clima. Las mediciones de las corrientes superficiales del ocano son fundamentales para una serie de aplicaciones prcticas, como la bsqueda marina y rescate y de respuesta de emergencia, ruta del buque, la contaminacin antropognica y natural y la vigilancia en alta mar de las energas renovables.Las corrientes ocenicas son complejas y muy dinmicas, y por lo tanto necesitan ser monitoreados constantemente en una escala global. Los satlites proporcionan una amplia gama de datos que pueden ser utilizados para generar mapas de la superficie de las corrientes ocenicas en diferentes escalas temporales y espaciales en funcin de las tcnicas utilizadas.Medidas de altimetra de radar de la superficie del mar y la topografa, se utilizan para derivar estimaciones de las corrientes geostrficas durante un perodo de aproximadamente 10 das. Las nuevas tcnicas de Doppler utilizando las mediciones de radar de abertura sinttica perimeten medir las corrientes superficiales.Los satlites de exploracin de la ESA, CryoSat, GOCE y SMOS, estn ayudando a proporcionar mediciones ocenicas. La familia Sentinel prximo de los satlites menores de Vigilancia global para el Medio Ambiente y la Seguridad (GMES) tambin contribuir, una vez en funcionamiento. Para mejorar la precisin y para validar las estimaciones de las corrientes ocenicas en los modelos ocenicos, es importante combinar las observaciones por satlite con las fuentes de datos in situ proporcionados por boyas a la deriva y los barcos."Como es el caso de la vigilancia del espacio y el seguimiento, las observaciones por satlite puede ofrecer datos homogneos, mientras que la malla de observaciones in situ permiten la validacin y calibracin", dijo Rick Lumpkin, oceangrafo de la Administracin Nacional Ocenica y Atmosfrica de los EE.UU.."Por otra parte, las observaciones del satlite puede ser usadas para identificar los datos in situ, mejorando su valor para los ocanos y los estudios del clima."En la ESA GlobCurrent reunin de consulta celebrada en marzo en Brest, Francia, los usuarios internacionales se reunieron con expertos de observacin de la Tierra para discutir los requisitos para la mejora de los productos de la superficie del ocano de datos actuales.Para las aplicaciones de las rutas martimas, el ahorro en combustible mediante una mejor utilizacin de las corrientes superficiales es un verdadero desafo - pero que podra dar lugar a decenas de ahorro de millones de euros al ao.A medida que el transporte de energa ocanos desde los trpicos hasta las regiones polares, el conocimiento preciso de las corrientes superficiales del ocano es esencial para predecir con exactitud cmo nuestro planeta va a reaccionar a los cambios climticos.

"En la sntesis de las observaciones por satlite, GlobCurrent proporcionar una imagen completa de la circulacin de la superficie del ocano que se requiere con urgencia por las comunidades cientficas y martima para enfrentar los retos ambientales que enfrenta la sociedad en el siglo 21", dijo el doctor Rory Bingham de la Universidad de Newcastle en el Reino Unido .Las conclusiones y las necesidades que surgieron de la reunin estn siendo utilizados para definir el alcance de un potencial proyecto financiado por la ESA GlobCurrent el marco del programa de elementos de datos de usuario.GlobCurent tiene como objetivo desarrollar la mejora de los productos actuales de la superficie del ocano basado en el uso innovador de satlite de observacin de la Tierra y datos in situ vinculados a las solicitudes de usuarios externos.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Articulo: JUAN LUIS CIFUENTES LEMUS PILAR TORRES-GARCA / MARCELA FRAS M. El Ocano Y Sus Recursos. Las Ciencias Del Mar: Oceanografa Fsica, Matemticas E IngenieraFuente:http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_4.html

ESA Earthnet Online 2000 2012Fuente:https://earth.esa.int/web/guest/home