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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Maestría en Ciencias Ambientales
Materia: Mar y Área Costeras
Parte III: Física Marina
La oceanografía es el estudio científico de los océano
Es un ensamble de ciencias básicas y aplicadas:
• Matemática• Física• Química• Geología• Meteorología• Ingeniería• Biología
OceanografíaBiología Marina
Geología Marina
Química Marina
Física Marina
Física, estudia las propiedades físicas del agua de mar y los fenómenos físicos que tienen lugar en los océanos.
Química, estudia la composición del agua de mar y las transformaciones de las sustancias que contiene. También la contaminación.
Geológica, estudia las estructuras y sedimentos costeros del fondo oceánico.
Biológica, estudia los organismos vivos que habitan los océanos.
Oceanógrafa FísicaEl agua de mar
Balance energético de los océanosCampos de temperatura y salinidad
Capa de mezcla, termoclína y capa profundaEl precipitación/evaporación global
Circulación termohalína e inducida por el vientoGeostrofismo
Espiral de Ekman y surgenciasTeoría simple de olas
Teoría simple de mareasProcesos litorales
Aplicaciones de la Oceanógrafa:
Mejor entendimiento del Sistema ClimáticoFuente de energíaIngeniería de Costas (estructuras, rellenos de playa, etc.)Determinación de zonas productivas (o pesquerías)Toma de decisiones (gestión – políticas)Ayudas a la navegación (Tablas de marea, pronósticos, etc.) Planeamiento (derrames, búsquedas, etc.)
FORMACIÓN DE LOS OCEANOS
Hace aproximadamente 4500 millones de años la atmósfera terrestre era muy diferente de la actual, era mucho más espesa y mucho más caliente. Estaba constituida por:
N2, NH3, CO, CO2, SO2 y H2O(g)
No había O2. Debido al escape de moléculas hacia el espacio la temperatura decreció, produciendo que:
H2O(g) H2O(l)
Esto dio origen a intensas y persistentes lluvias que llenaron las cuencas existentes en el planeta.
Debido al:
•Impacto de las gotas de lluvia contra las rocas
y a la
• Disolución química
se originaron las sales oceánicas.
El 90% de las sales contenidas en los océanos provino de este mecanismo.
El resto proviene de la actividad biológica y volcánica.
Esquema de fuentes y sumideros de sales en el océano
El agua de mar es una solución acuosa que contiene:
• Sales inorgánicas. Constituyentes mayores (sales principales) y constituyentes menores (nutrientes y trazadores).
• Gases en solución.
• Materia orgánica soluble (glúcidos, lípidos y prótidos).
• Materia en suspensión (orgánica, inorgánica y antropogénica).
Definición de agua de mar:
~ 4C
Agua pura
Constituyentes mayores del agua de marLa salinidad se define como la masa de sales disueltas (en
gramos) por kg de agua de mar. La salinidad es adimensional, aunque habitualmente nos referimos a Unidades Prácticas de Salinidad (ups)
Masa de sales disueltas (gr)
Masa de agua de mar (Kg)
ION (g/kg) ION (g/kg)
Na+ 10.770 Cl‑ 19.354
Mg++ 1.290 SO4= 2.712
Ca++ 0.412 Br‑ 0.067
K+ 0.399 B(OH)4‑ 0.003
Sr++ 0.008 F- 0.001
El 99,9% de los principales iones son:
~85%
~99.36%
Altas latitudes: verde azulado a verde
Aguas costeras: verdoso/amarillento hasta parduzco
Bajas latitudes: (aguas abiertas) azul
Aguas de estuario: pardo a verdoso.
Color del agua de mar
(generalidades)
Algunas propiedades del agua de mar
Agua de mar
El balance de radiación del sistema climático
Temperatura
La radiación solar es absorbida y almacenada en el océano como calor. La temperatura superficial del océano decrece desde aproximadamente 28°C en el ecuador hasta -2°C en latitudes polares.
Debajo de la superficie podemos distinguir en general 3 zonas:
• sup - 200 m, con temperatura cercana a la de superficie (capa de mezcla)• 500 - 1000 m (termoclina) con pronunciado descenso de temperatura.• >1000 m agua profunda con temperaturas bajas.
Temperatura superficial del océano
Efectos de corrientes, “constancia” E-W, máximo gradiente latitudinal,Ver zona antártica.Isotermas superficialesCampo Medio anual
Rango anual: diferencia entre máxima y mínima temperatura.
Balance de agua (precipitación) y evaporación
Salinidad superficialEl 75% del volumen total oceánico tiene salinidad entre 34 y 35‰.
Campo medio anualde salinidad (isohalinas)
Algunas generalidades observadas en el océano
El océano se encuentra estratificado, es decir, es como si estuviera formado por capas horizontales dado que las variaciones en este sentido son mucho menores que en la vertical.
Por ejemplo próximo al ecuador la temperatura de agua en superficie es 25 °C y a 1000 m de profundidad es 5°C. Para encontrar un gradiente de 20°C en el sentido N-S sería necesario recorrer 5000 km.
Las distribuciones están influenciadas por el calentamiento, el enfriamiento, la evaporación, la condensación, la precipitación, la fusión del hielo, el congelamiento, las corrientes y los procesos de difusión y mezcla.
El 75% del volumen total oceánico tiene una temperatura comprendida entre 0 y 6C y una salinidad entre 34 y 35.
Un principio que se cumple en la gran escala oceánica:
“Constancia en las proporciones relativas de las concentraciones de los constituyentes mayores del agua de mar”
El 50% del volumen total oceánico tiene una temperatura comprendida entre 1.3 y 3.8C y una salinidad entre 34.6 y 34.8.
La temperatura media del océano es de 3.5 C.
La salinidad media del océano es de 34.7.
La profundidad media del océano es de 3800 m.
La profundidad a la cual el gradiente de temperatura es máximo se denomina termoclina. En latitudes medias y bajas (no polares) se tiene la presencia de una termoclina permanente entre los 200 y 1000 m.
Las variaciones diurnas de temperatura son mínimas y raramente exceden los 0.3°C, aumentando esta variación a 2 o 3°C en zonas costeras.
La variación anual de temperatura es2°C en el ecuador8°C a los 40° de latitud y disminuye hacia los polos
CTD-Roseta (Conductividad-Temperatura-Profundidad). Armazón protector alrededor del cual se montan una serie de botellas oceanográficas dispuestas en forma circular.
Determinación de la salinidad
Célula de conductividad mantenida a temperatura constante en la que se inyecta una muestra de agua de mar para medir la relación de conductividades entre la muestra y el agua normal. Precisión ±0.002 USPSalinómetr
o
Botellas Niskin colocadas en la armadura CTD-Roseta.
En el hueco central se montan los sensores de conductividad, temperatura y presión y otros adicionales para medir, por ej. oxígeno,fluorescencia, pH, etc.
La temperatura y la salinidad cambian con la profundidad. Cambios rápidos en temperatura y en salinidad producen la termoclina y haloclina respectivamente. El gráfico corresponde al noreste del Océano Pacífico.
Durante el año, la estructura de la capa de superficie varía. En ausencia de fuertes vientos y olas, en verano el calentamiento solar produce una termoclina poco profunda. Durante el otoño y el invierno el enfriamiento de la superficie y las condiciones de tormenta causan mezcla y movimientos verticales, eliminando la termoclina de superficie y produciendo una capa de mezcla profunda.
Densidad
(s,t,p) = ( - 1) 1000
El conocimiento de la densidad (masa/volumen) del agua de mar es importante ya que varia con los cambios de salinidad, temperatura y presión.
Ya que la densidad () del agua de mar varía entre 1 y 1.1 g/cm3 es conveniente utilizar un factor de densidad definido como:
La distribución de densidad del agua de mar en la superficie del océano puede ser descripta diciendo que t aumenta desde 22 en proximidades del ecuador a 26 o 27 a 50° - 60° de latitud.
(agua de mar) en superficie = 1.021 g/cm3
(agua de mar) a 10000 m = 1.070 g/cm3
La variación de la densidad con la profundidad mide la estabilidad del agua de mar. Si aumenta con la profundidad entonces es estable, por el contrario si disminuye es inestable.
La densidad aumenta con la profundidad. Se denomina picnoclina a la zona en donde los cambios de densidad son mayores con la profundidad.