sábado, 2 de mayo de 2015

Mares y océanos



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Los mares y los océanos ocupan casi tres cuartas partes de la superficie terrestre y contienen aproximadamente el 97% de todas las aguas presentes en la hidrosfera. A pesar de ser comúnmente utilizado el término genérico mar para indicar indistintamente las extensiones de agua salada, sean éstas mares u océanos, sin embargo, existe una diferencia sustancial que va más allá de las dimensiones, generalmente mayores para los océanos que para los mares. Así, mientras que los fondos de los mares están constituidos generalmente por corteza continental, parecida a la de las masas continentales, las aguas del océano recubren una corteza totalmente distinta, por espesor, tipo de roca constituyente y características geofísicas (corteza oceánica).

Mares, oceanos e hidrosfera

- La oceanografía


Los océanos, además de ser la reserva más grande de agua del planeta, tienen una importancia fundamental para el desarrollo de la vida que apareció en éstos por primera vez hace millardos de años, para el clima que estos provocan al interrelacionarse con la atmósfera según un equilibrio complejo, por los innumerables recursos que el océano proporciona al hombre (hay que tener en cuenta la pesca, la sal, los yacimientos minerales y de petróleo encerrados en los fondos oceánicos), por la maravilla que pueden ofrecer mediante el espectáculo constituido por la enorme variedad de criaturas que los pueblan y por los paisajes únicos que nos ofrecen.

Por todo ello existe una disciplina específica que se ocupa de estudiar los océanos y los mares: la oceanografía.

A través de otras ramas de la ciencia como la química, la física, la geología y la biología, la oceanografía busca conocer los océanos para desvelar, si es posible, incluso los misterios más escondidos. Analizaremos los aspectos fisicoquímicos de la oceanografía que nos permitirán completar de forma ordenada el estudio sobre la hidrosfera.

- Las aguas marinas


Como se ha visto anteriormente, las aguas marinas constituyen aproximadamente el 97% de todas las aguas presentes en la superficie terrestre y ocupan indistintamente las tres grandes cuencas oceánicas de la Tierra: pacífica, atlántica e índica, así como las cuencas mucho más pequeñas de los mares mediterráneos (Mediterráneo, Negro y Báltico), los cuales están comunicados con los océanos o con otros mares mediante estrechos (por ejemplo, el estrecho de Gibraltar, que comunica el mar Mediterráneo con el océano Atlántico), y los mares marginales que, en cambio, están sólo parcialmente separados de los océanos (mar del Caribe y mar del Norte).

- Propiedades fisicoquímicas


A pesar de que las aguas marinas simplemente son catalogadas con este único término, pueden ser diferenciadas de una cuenca a otra por lo que se refiere a las características fisicoquímicas: salinidad, contenido en gases disueltos, temperatura y densidad.

- Salinidad


La salinidad es la cantidad de sales disueltas en el agua bajo forma de iones; se expresa como la relación entre el peso en gramos de las sales presentes en 1.000 gramos de agua. De media la salinidad del agua marina es de un 3,5% o 35 por mil en peso (35 gramos de sales en 1.000 gramos de agua). La sal más abundante en el agua marina es el cloruro de sodio, que libera disuelta en agua los iones cloro y sodio que juntos representan el 77% del total de los iones presentes.

Los demás iones más abundantes son: sulfato, calcio, potasio y magnesio que, junto con el sodio y el cloro, representan el 99% del total los iones presentes. Sin embargo, en las aguas de las océanos se han podido identificar casi todos los noventa y dos elementos naturales conocidos.

La concentración de muchos elementos es mínima (algunas partes por millón) pero, dada la enorme masa de agua del océano, su cantidad total puede ser de millones de toneladas. Así pues, pueden formarse yacimientos de minerales industriales y preciosos (manganeso, oro, etc.) entre los sedimentos de los fondos oceánicos. En las aguas oceánicas se encuentran también sustancias de importancia fundamental para los organismos vivos, como las sales de nitrógeno y de fósforo necesarias para la síntesis de numerosas moléculas orgánicas o la sílice (compuesto de oxígeno y silicio) que algunos organismos unicelulares como las algas diatomeas o radiolarios (protozoos) utilizan para construir su propia concha o caparazón.

La muerte de estos organismos y de otros dotados de caparazón calcáreo (por ejemplo, los corales) provoca la acumulación en el fondo de enormes cantidades de sales que, unidas a aquellas que en exceso precipitan directamente como sólidos, forman espesores notables de sedimentos que, con el tiempo, gracias a un proceso geológico llamado diagénesis, originan un particular tipo de rocas sedimentarias.

La salinidad no es constante en todas partes, sino que varía considerablemente de un lugar a otro en relación a las condiciones climáticas y meteorológicas, en relación a la proximidad con los continentes y por tanto con la presencia de grandes ríos que aportan importantes cantidades de agua dulce continental. En cambio, pertenece constante la relación entre los porcentajes de los iones más abundantes. Las temperaturas elevadas favorecen una fuerte evaporación que, llevándose agua pura y dejando las sales en solución, puede provocar un notable incremento de la salinidad si la pérdida de agua no es compensada por las precipitaciones, como ocurre en el Mediterráneo oriental o el mar Rojo, donde la salinidad llega hasta el 40 por mil o incluso más.

En las desembocaduras de los grandes ríos (Amazonas, Congo, etc.) la enorme cantidad de agua dulce descargada provoca la dilución del agua marina con la consiguiente disminución de la salinidad. Un descenso en la salinidad puede ser causado también por la fusión de los hielos de los mares polares (la concentración desciende al 10 por mil, aproximadamente, en el mar Báltico e incluso al 2 por mil en el golfo de Botnia). La salinidad tiende a aumentar con la profundidad, ya que las aguas saladas son más densas que las dulces y tienden a migrar hacia el fondo. En profundidad la variación de la salinidad es menos importante ya que no se ve afectada por los mismos factores que la influencian en la superficie oceánica.

- Gases disueltos


El agua marina contiene gases disueltos entre los que los más importantes son el nitrógeno, el oxígeno y el dióxido de carbono que continuamente son intercambiados con los de la atmósfera. Estos gases son fundamentales porque son indispensables para muchos procesos vitales. El dióxido de carbono, por ejemplo, es utilizado en aguas superficiales afectadas por la radiación solar por las algas verdes que lo consumen en el proceso de fotosíntesis clorofílica del cual sacan la energía indispensable para la supervivencia y en el que producen oxígeno como desecho.

A su vez, el oxígeno es consumido por los animales con respiración que, por el contrario, producen dióxido de carbono. El oxígeno es más abundante en la superficie precisamente porque es producido por la fotosíntesis. En las aguas frías es importante porque su circulación profunda permite la oxigenación de los fondos oceánicos y, por tanto, de los seres vivos que las habitan.

- Temperatura


La temperatura de las aguas oceánicas varía sensiblemente en función de la latitud, de las condiciones climáticas y de las corrientes, como ocurre con la salinidad, pero por lo que hace referencia a la temperatura las mayores variaciones están limitadas a las capas superficiales que están afectadas directamente por el aporte de calor de los rayos solares.

El agua necesita de una energía mayor para calentarse respecto a la que necesita la tierra (para elevar en 1 ºC la temperatura de una cierta cantidad de agua se necesita una energía hasta cinco veces mayor que la necesaria para la misma cantidad de tierra), por tanto, el agua del mar se calienta muy lentamente en verano, y también se enfría con la misma lentitud en invierno, remitiendo el calor acumulado durante la estación veraniega. Esta propiedad es importantísima, porque confiere una función termorreguladora a los mares y a los océanos que, manteniendo una temperatura aproximadamente constante durante todo el año, desarrollan una acción mitigadora del clima, calentando el aire en invierno y en las horas nocturnas y enfriándolo en verano y durante el día. Sin embargo, la radiación solar penetra sólo en las aguas superficiales (200 metros aproximadamente) calentándolas directamente, mientras que las aguas profundas pueden recibir calor solamente mediante convección (transmisión de calor debida al transporte de materia), fenómeno posible por las migraciones en vertical de masas de agua generadas por los movimientos del propio mar. En el ecuador los océanos tienen una temperatura media superficial de unos 27 ºC en los trópicos, 13 ºC en las latitudes medias (las nuestras) y cercana a 0 ºC en los polos.

En los mares y océanos templados y cálidos se pueden identificar tres capas diferentes: capa superficial que, con un espesor medio de 100 metros con máximos de 200 metros en los trópicos, muestra las máximas variaciones diurnas y estacionales de temperatura y salinidad; capa intermedia o termoclina, por debajo de la anterior, que llega hasta una profundidad de 1.000 metros y que se caracteriza por una disminución constante de la temperatura hasta valores típicos de las aguas de la capa profunda, en la cual la temperatura varía poquísimo, manteniéndose siempre por debajo de los 4º C, pero también siempre por encima de la temperatura de congelación que, para las aguas saladas, es algo inferior a 0º C (unos -3,5 ºC para aguas con salinidad del 35 por mil).

- Densidad


La densidad se define como la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo que, en el caso del agua pura (es decir, totalmente libre de sales), es equivalente a 1 g / cm cúbico. La densidad depende de forma notable de la salinidad, cuyo aumento provoca un incremento de ésta (las aguas del Mediterráneo, más saladas respecto a las del Atlántico, es más densa, por lo que se coloca debajo de la oceánica en la zona del estrecho de Gibraltar, donde se comunican ambas cuencas). También la temperatura influye directamente en la densidad del agua, ya que al bajar la temperatura disminuye el volumen del agua hasta un valor mínimo que corresponde al de máxima densidad. El valor mínimo del volumen es pues el máximo de densidad; para el agua pura se consiguen 4 ºC, mientras que con la presencia de sales esta temperatura cambia notablemente. Para salinidad inferiores al 25 por mil la densidad máxima se consigue a temperaturas superiores a la de congelación, que disminuyen en relación al aumento de salinidad. Para valores superiores al 25 por mil, la densidad máxima de las aguas marinas se consigue justo en correspondencia a la temperatura de congelación, que es algo inferior a 0 ºC. Cuando el agua del mar comienza a congelar (a temperaturas inferiores a 0 ºC) el hielo que se forma está constituido por agua pura y por lo tanto flota, ya que es menos denso que el agua salada líquida, lo que comporta un aumento de salinidad de las aguas por debajo del casquete de hielo que reciben las sales del agua cristalizada y el consiguiente incremento de su densidad. De hecho, una disminución de la temperatura hace aumentar la densidad del agua marina tanto directamente, porque provoca una disminución de volumen, como indirectamente, porque con la formación del hielo se incrementa la salinidad.

- Movimientos de las aguas marinas


Los principales movimientos que afectan a los mares y océanos son: las olas, que son movimientos irregulares generados por la acción del viento sobre la superficie de las aguas oceánicas; las corrientes, divididas en superficiales y profundas, y las mareas causadas por la atracción gravitacional del Sol y de la Luna.

- Las olas


Los movimientos ondulatorios que agitan la superficie del mar creando, en ocasiones, escenarios espectaculares a la vez que terribles (por ejemplo, las olas enormes de los maremotos) están ligados a la acción del viento que proporciona su energía a las aguas marinas. La energía cedida por el viento se propaga a través de los océanos generando un movimiento vertical de las partículas de agua que, sin embargo, no se mueven en sentido horizontal, y por tanto no hay transporte de materia. Una evidencia de este fenómeno se puede obtener observando un corcho de pesca en la superficie del agua en un día con el mar en calma: el corcho se mueve en sentido vertical generando un trayecto circular, volviendo siempre a la posición inicial. Al igual que se hace en física para las ondas electromagnéticas, también para las olas marinas se definen algunos parámetros que sirven para describirlas: cresta, que es el punto más elevado de la ola, seno que, por el contrario, es el punto más bajo; longitud de onda, que es la distancia entre dos crestas o dos senos sucesivos; altura, que es el desnivel entre la cresta y el seno, y período, que es el tiempo necesario para que pasen dos crestas o dos senos sucesivos respecto a un punto de referencia. La longitud de onda y el período permiten calcular la velocidad de las olas. Obviamente, las dimensiones de las olas son directamente proporcionales a la intensidad del viento, a la duración de éste y de la superficie de agua libre sobre la cual puede actuar el viento, llamada fetch. Cuando sobre esta superficie sopla el viento se forman, como consecuencia de la presión ejercida por el propio viento, rizos que agitan las aguas primero débilmente y después más intensamente hasta llegar a formar olas propiamente dichas, llamadas olas forzadas o marejada, que después salen de la zona de los vientos donde se han generado propagándose incluso hasta miles de kilómetros de forma regular, entonces son llamadas olas largas o mar de fondo. Cuando las olas se acercan a la costa y llegan a zonas con profundidad inferiores a la mitad de la longitud de onda, el movimiento vertical de las partículas de agua que normalmente describen trayectorias circulares se ve afectado por el rozamiento ejercido por el fondo, entonces las trayectorias se vuelven elípticas y la velocidad de la ola sobre el fondo disminuye. La parte superior de la ola, en este caso, al no sufrir ningún freno por rozamiento, tiende a desplazar hacia delante las partículas de agua. Esto produce primero un levantamiento de la ola y justo después el vuelco de la cresta, que causa la rotura de la ola que se estrella formando el rompiente.

Las olas en mar abierto no superan de promedio los seis metros de altura, aunque se han medido olas de incluso veinte metros.

- Las mareas


Las mareas son levantamientos y descensos periódicos del nivel de las aguas debidos a la atracción gravitacional ejercida por la Luna sobre la Tierra. Pueden definirse como flujos las fases de subida del nivel del mar y como reflujos aquellas en las que el nivel disminuye. El máximo nivel del mar se conoce como marea alta o pleamar, mientras que el mínimo es la marea baja o bajamar. La diferencia entre el nivel máximo y mínimo se conoce como la amplitud de marea. La Luna ejerce, debido a su proximidad, una atracción gravitacional bastante intensa sobre la Tierra que no provoca efectos notorios sobre la parte sólida de nuestro planeta, pero que en cambio sí provoca una variación periódica del nivel de las aguas en varios puntos de la superficie terrestre. El lado de la Tierra situado hacia la Luna sufra una mayor atracción lunar, porque es el lado más próximo; por lo tanto, las aguas de este lado son "atraídas" hacia el exterior y se "alejan" de la Tierra sólida; al mismo tiempo, en el lado opuesto, a la máxima distancia de la Luna, la atracción de la aguas es mucho menor pero también se alejan de la tierra sólida pues interviene también la fuerza centrífuga; en las zonas intermedias, el nivel de las aguas baja pues es "aspirada" hacia los lados hinchados.

Este fenómeno se repite periódicamente a lo largo del día lunar (período de una rotación completa de la Luna alrededor de la Tierra) que dura 24 horas y 50 minutos, período durante el cual se tienen dos flujos y dos reflujos. Las mareas son influenciables también por la atracción del Sol que puede sumarse a la de la Luna (cuando el sol se alinea con la Luna y la Tierra), dando lugar a las mareas de máxima amplitud (mareas vivas), o bien puede restarse (cuando el Sol forma un ángulo recto respecto a la Luna y a la Tierra) dando así la amplitud mínima (mareas muertes). Las mareas pueden estar influenciadas por otras circunstancias como: la forma y la profundidad de la cuenca, la forma de las costas, etc. Ambas circunstancias determinan diferencias muy importantes en las amplitudes de marea de un lugar a otro. Así, la amplitud de marea en el Mediterráneo es de pocos centímetros, mientras que puede ser de muchos metros en las costas oceánicas o en los golfos largos y estrechos (la amplitud máxima se da en la bahía de Fundy, en Canadá, con más de 19 metros. También es famosa la localidad de Mont Saint-Michel, en Bretaña, donde la amplitud es de unos 16 metros).

- Las corrientes superficiales y profundas


Son movimientos constantes de enormes masas de agua a través de los océanos y pueden ser profundas o superficiales.

Las corrientes superficiales son auténticos "ríos" de agua que atraviesan mares y océanos. Tienen una velocidad propia constante y tienen una temperatura y salinidad diferentes a las de las aguas circunstantes, de las que además se distinguen, a veces, por el color. Son generadas por la presión y el rozamiento de vientos de dirección constante sobre la superficie de los océanos o de los mares y siguen una dirección que es una acción combinada del viento y de la fuerza de Coriolis, que produce una desviación de las corrientes hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio austral. Los alisios del hemisferio boreal que soplan constantemente hacia el sudoeste son capaces de mover grandes masas de agua generando la corriente nordecuatorial, que en el Atlántico es desviada hacia el Norte por el continente sudamericano. Esta corriente se detiene en el golfo de México, donde acumula una gran cantidad de calor para después dirigirse, con el nombre de corriente del Golfo, hacia el Atlántico nororiental llegando a tocar las costas del norte de Europa hasta Noruega, donde influye positivamente sobre el clima mejorándolo gracias al calor acumulado. La corriente del Golfo no es más que una de las muchas corrientes superficiales que atraviesan los océanos.

Las corrientes superficiales tienen velocidades muy bajas y afectan sólo los primeros 100-200 metros de agua, salvo algunas como la corriente del Golfo, que llega a los 1.000 metros y viaja a una velocidad bastante rápida (unos 4 km / h).

Las corrientes profundas se originan por diferencias de densidad. Cuando las aguas cálidas ecuatoriales llegan a las áreas polares se enfrían y por tanto aumenta su densidad. Esto provoca un hundimiento y un flujo profundo hacia las regiones ecuatoriales que genera, precisamente, las corrientes profundas de origen ártico en el hemisferio boreal y antártico en el austral. Corrientes profundas pueden generarse también por contacto entre aguas de diferentes salinidad. Por ejemplo, en el estrecho de Gibraltar se genera una corriente profunda que lleva las aguas del Mediterráneo, más saladas y densas que las del Atlántico, a fluir hacia fuera de la cuenca mediterránea por debajo de las aguas atlánticas que, en cambio, se mueven en sentido contrario; en este caso, la fuerte evaporación de la región mediterránea es la causa de la diferencia de salinidad y de la disminución del nivel de las aguas del Mediterráneo que provoca la formación de la corriente profunda en dirección al océano Atlántico. De gran importancia son también las corrientes ascensionales que se dan a lo largo de las costas oceánicas, por ejemplo, a lo largo de las costas del Perú, que por este motivo generan mucha pesca.

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