circulación general...

Circulación General Oceánica

Tema 13Climatología 2019Santiago de Mello

¿Por qué son importantes los océanos para el clima?

Efectos directos● 97% del agua del planeta está en los océanos

● Principal fuente de vapor de agua para la atmósfera

● 71% de la superficie del planeta está cubierta por océanos:

– Rol importante en el albedo. 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

– Almacén de energía del planeta

– Inercia térmica: escalas de semanas a siglos.

– Reduce amplitud de ciclo estacional.

– Fuente principal de calor para la atmósfera.

● Fluido que transporta/redistribuye el 50% de la energía que llega al planeta.

Efectos indirectos● Procesos químicos y biológicos:

– Almacén 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:– Partículas de sal → núcleos de

condensación de nubes (→ albedo)

Geografía

Propiedades

Variables importantes:

- Temperatura (T): ~3,6ºC [valor promedio]- Salinidad (S): ~ 34 g/Kg [valor promedio]- Densidad

La densidad depende de T y S:+ Sal → + Densidad (relación lineal)+ Temperatura → - Densidad (el agua se expande)

Temperatura de la superficie del océano (SST)

Composición

Esta es la composición media del agua de los océanos:

● 96,5 % agua

● 3,5 % sales, incluidas las que contienen magnesio, bromuro y cloruro de sodio

● pequeñas cantidades de materia orgánica e inorgánica disueltas

● partículas

Salinidad

CO2

● - Temp. → + CO2 puede absorber 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.

Estructura vertical del océano

● En las aguas oceánicas se distinguen tres capas verticales bien definidas: la capa de mezcla, la picnoclina y la capa profunda.

● La capa de mezcla oceánica se define como los 100 metros superiores del océano. Esta es la parte del océano que se ve afectada por las corrientes superficiales impulsadas por el viento.


● Capa de Mezcla– Aguas superficiales cálidas. – La luz sólo penetra unas decenas demetros

● Termoclina – Cambio muy importante de la temperatura

con la profundidad entre los 500-100m

● Aguas profundas– uniforme y bastante mas fría ~ 2°C.


● En la picnoclina, la capa inmediatamente debajo de la capa de mezcla y que normalmente alcanza una profundidad de 500 a 1000 metros, la densidad del agua aumenta rápidamente con la profundidad.

● Los cambios de densidad de esta capa se deben a cambios de temperatura o de salinidad: el agua fría es más densa que el agua caliente y el agua salada es más densa que el agua dulce.

● Cuando el aumento en la densidad se debe a la disminución de la temperatura con la profundidad, la picnoclina pasa a llamarse termoclina. Si el aumento en la densidad con la profundidad se debe a una mayor salinidad, hablamos de haloclina.

● La capa profunda debajo de la picnoclina comprende la mayor parte de la masa de los océanos. La profundidad media del océano es de aproximadamente 3700 metros.


● Capa de Mezcla– Luz, vida marina.– Se calienta por radiación

solar.– Capa bien mezclada por los

vientos.


● Termoclina – La temperatura cambia muy

rápido.– Zona de transición entre la capa

de mezcla de la zona de aguas profundas.

– Presenta una estratificación bastante estable (T disminuye con la profundidad) → aísla la zona de aguas profundas de la capa de mezcla y de la atmósfera


● Aguas profundas– Esta agua se produce en

pocas regiones del mundo.– T disminuye débilmente con

la profundidad hasta llegar a los 2ºC aprox.

– - Temp → + CO2 puede

absorber

Termoclina

¿Por qué existe la termoclina?

● Océano calentado por arriba → Se estratifica (aguas cálidas arriba, aguas frías abajo). → Se inhibien movimientos verticales convectivos (Distinto a lo que pasa en la atmósfera en los tropicos)

¿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.

Si esto fuera así, el clima de la Tierra sería muy distinto porque el CO2 del océano escaparía a la atmósfera (mayor T → menor capacidad de absorber CO2 del océano)

Esa difusión de calor desde la superficie hacia el interior no ha ocurrido y la termoclina ha permanecido somera → circulación oceánica

Circulación general oceánica

La termoclina está mantenida por las dos grandes

circulaciones oceánicas:

1) Circulación Termohalina– asociada a cambios en la T y S involucra aguas profundas

2) Circulación superficial– forzada por los vientos

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.

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: 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.


● Densidad


https://www.meted.ucar.edu/oceans/currents_es/global_thermo.htm

https://www.meted.ucar.edu/oceans/currents_es/global_thermo.htm


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 enel 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.

Más evidencia:

Distribución de edades del agua a 3km de profundidad.

Los puntos indican dónde se tomaron las medidas del contenido de C14 (Broecker, 1985)

● C 14 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.


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.

Entonces 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.

Circulación general oceánica

La termoclina está mantenida por las dos grandes

circulaciones oceánicas:

1) Circulación Termohalina– asociada a cambios en la T y S involucra aguas profundas

2) Circulación superficial– forzada por los vientos

Circulación forzada por los vientos

Confinada a capas superficiales.

Excepción: Corriente Circumpolar Antártica (CCA). Se extiende casi hasta el fondo oceánico.

Motivos:– Poca estratificación vertical → el forzante de los

vientos penetra a mayores profundidades.– Posibilidad de las parcelas de circunvalar la Antártida.– Lejos de la CCA, las aguas superficiales tienden a

moverse en gigantescos giros inducidos por el estrés del viento en superficie.

Circulación superficial¿Cuál es el efecto de los vientos sobre el océano?

Circulación superficial – Transporte de Ekman


Parte del agua que se hunde fluye hacia el Ecuador por debajo de la superficie, en laTermoclina conservando la misma temperatura y salinidad.

Una vez que el agua llega al Ecuador, aflora, es calentada por la radiacion solar, y es llevada de vuelta hacia los polos, completando la circulación.


El resto del agua que se hunde en 30° participa en Giros subtropicales que viajan hacia el polo en corrientes como la corriente del Golfo o del Brasil, antes de retornar a la región de hundimiento

Circulación superficial

Los vientos en superficie


Los giros subtropicales son asimétricos debido a la rotación terrestre: las corrientes son más intensas en las costas oestes de las cuencas oceánicas.


1 Svedrup (Sv) = 1.000.000m3/s

Nombres

Nombres

Corrientes de Borde Oeste(hacia los polos)

Ejemplo: Golfo, Kuroshio, Brazil, Agulhas

Nombres

Corrientes de Borde Este(hacia el Ecuador)

Van hacia el Ecuador contra los continentes, luego giran hacia el centro de la cuenca oceánica.

Ejemplo: Perú, California, Benguela.

¿Cómo medimos las corrientes?

Si bien existen correntómetros, la forma más usual de inferir las corrientes es a través de mediciones de temperatura y salinidad.

Teniendo la temperatura y la salinidad es posible calcular la elevación de la superficie del mar. El agua se expande cuando está caliente, por lo que un incremento en la temperatura de una columna de agua causa un aumento del nivel del mar.

Recientemente, los satélites han comenzado a proveer mediciones directas de las variaciones en la altura del nivel del mar. La altura del nivel del mar, a su vez, es una indicación de la presión.

Usando geostrofismo es posible así calcular las corrientes, de la misma forma que calculamos los vientos.

¿Cómo medimos las corrientes?- Nivel del mar es más alto en la porción oeste de las cuencas oceánicas.- Gradiente de altura es mayor cerca de las costas oestes.- Asociando un mayor nivel del mar a una alta presión, usando geostrofismo, podemos deducir la existencia de las intensas corrientes en las costas oestes subtropicales que viajan hacia los polos y las débiles corrientes que viajan hacia el Ecuador en las costas estes de las cuencas.

¿Qué pasa en las costas?

Afloramiento costeroLo más común es que esto ocurra cuando el viento sopla en sentido paralelo a la costa y el transporte de Ekman se dirige en dirección opuesta al litoral.

hemisferio sur

Afloramiento ecuatorialEl afloramiento trae a la superficie las aguas más frías de las zonas más profundas. Debido a su menor temperatura, también suele ser más densa que el agua a su alrededor, lo cual explica por qué el afloramiento suele producir una depresión en la altura de la superficie marina, lo cual a su vez genera corrientes geostróficas.

Corriente submarina ecuatorial

Corrientes costeras

Corrientes costerasLas corrientes en aguas someras difieren sensiblemente de las corrientes en aguas profundas.–> ¿En qué difieren las aguas someras?

- Poco profunda como para que la influencia de los efectos friccionales y batimétricos sea considerable.- La influencia de las mareas es más fuerte.- La proximidad a las aguas dulces de escorrentía puede crear fuertes diferencias de densidad horizontales y verticales.- Los patrones meteorológicos del litoral difieren sustancialmente de los de mar abierto.

Corrientes costeras

Fenómeno El Niño – Oscilación Sur(ENSO)

Celda de Walker

Gradiente de temperatura

Definición

De acuerdo con el glosario de la American Meteorological Society:

ENSO es un episodio en el que las temperaturas de la superficie del mar son anómalas en el océano Pacífico ecuatorial y tropical este. Está asociado con oscilaciones en las presiones de superficie entre el Pacífico tropical central y oeste.

- Debilitamiento de alíseos en la parte central y oeste del Pacífico

- Desplazamiento del agua caliente hacia el este → hundimiento de la termoclina en el este y ascenso de la misma en el oeste.

- Hundimiento termoclina → inhibe afloramiento → calentamiento agus superficial Pacif este + disminución producción pesquera.

- Las precipitaciones siguen al agua cálida hacia el este.

- Vientos aliseos soplando hacia el oeste

- Apilamiento de aguas cálidas en el pacífico oeste

- Afloramiento de aguas frías en el Pacífico este

- Altura del nivel del mar 0,5m mayor en las costas del Pacífico oeste

Diferencia T (este – oeste): 8oC

- Sequías en Indonesia y Australia

- Inundaciones en Perú

El desplazamiento hacia el este de la fuente de calor (latente) atmosférico provoca grandes cambios en la circulación atmosférica global, lo que a su vez fuerza los cambios climáticos en regiones muy alejadas del Pacífico tropical.

- Vientos aliseos soplando hacia el oeste

- Apilamiento de aguas cálidas en el pacífico oeste

- Afloramiento de aguas frías en el Pacífico este

- Altura del nivel del mar 0,5m mayor en las costas del Pacífico oeste

Diferencia T (este – oeste): 8oC

ENOS

- Es un sistema de interacción océano – atmósfera en el Pacíficoecuatorial.- Su estado cambia cada año debido a cambios en la TSM.- El Niño: TSM del Pacífico tropical está más cálida que lo usual.- La Niña: TSM en el Pacífico tropical más fría que lo usual.- El tiempo entre sucesivos El Niño/La Niña es irregular, pero tiende aser entre 3 y 7 años.- No todos los El Niño/La Niña son iguales.- Aunque El Niño/La Niña son caracterizados por anomalías de TSM,también están asociados con anomalías de viento, presión, nivel delmar y precipitación.- ENSO tiene efectos a nivel global: Dichos efectos dependen de la región del mundo y de la época del año.

Lista de años Niño/Niña

Anomalías de TSM en la región Niño3.4 (5°N-5°S, 120°-170°W)Rojo: El NiñoAzul: La Niña

Para predecir El Niño es necesario entender cómo funciona. Debemos estudiar:

1) La respuesta del océano a cambios en los vientos alisios

2) La respuesta de la atmósfera a cambios en la TSM.

3) La interacción entre el océano y la atmósfera.

Respuesta del océano a los vientos aliseos

Los alisios empujan el agua superficial hacia el oeste, al mismo tiempo que la rotación de la Tierra curva las corrientes alejándolas del Ecuador.Las aguas cálidas de superficie son reemplazadas por aguas más frías provenientes de bajo de la superficie.

¿Cuándo se debilitan los alisios?

Alisios débiles → decrece el afloramiento y se profundiza la termoclina →Se calienta el Pacifico este → decrece el gradiente de SST y disminuye

la presión en el este y aumenta al oeste →Alisios débiles

Oscilación Sur: manifestación de cambios en celda de Walker

Matemático britanico, fue mandado a India como Director General de Observatorios para predecir el monzón.

Descubrió la Oscilación Sur → Fluctuación interanual en las condiciones atmosféricas de presión entre Tahití y Darwin

SOI=Tahiti-Darwin

Muy bien, ahora tengo un Niño que estácreciendo por un proceso de

retroalimentación positivo entre el océanoy la atmósfera...

Pero, ¿cómo mato al Niño?

(Respuesta: el Niño se suicida)

Cuando los alisios se debilitan generan una respuesta retardadaEl estado del océano no depende solamente de los vientos en ese instante -> tarda en ajustarse.

Impactos del ENSO

El Niño La Niña

Los efectos dependen de la estación del año

No todos los Niños/Niñas son iguales

¿Cómo llega la señal desde elocéano Pacífico a Uruguay?

Ondas Atmosféricas creadas por el calentamiento se propagan hacia los extratropicos y alteran el flujo medio (corriente de chorro)

por donde tienden a viajar los sistema sinópticos.

Impactos del ENSO

circulación general...

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