Oceanografía Física


LA OCEANOGRAFÍA FÍSICA

Es una rama de la Oceanografía, la cual se va a encargar del estudio de las propiedades físicas del océano o a los movimientos de las partículas fluidas que lo componen, relacionando a la atmósfera y al piso oceánico.

Circulación Termohalina de los océanos del mundo

Circulación Termohalina de los océanos del mundo

La Oceanografía física tiene dos objetos principales de estudio:

  1. Se encuentran las propiedades físicas del océano y se van a estudiar lo que son la temperatura, densidad, transparencia, calor específico, puntos de ebullición, congelación, presión, energía absorbida, etc.
  2. Además de las propiedades anteriores, también se van a estudiar los procesos físicos que se llevan a cabo en el mar como la circulación del agua oceánica por ejemplo las corrientes, mareas, etc. para explicar su comportamiento.

 Una propiedad básica de los océanos es la circulación de agua, ya que a partir de ella se van a estar relacionando todas las propiedades y procesos físicos antes mencionados.

   Un proceso físico importante son las corrientes oceánicas, éstas se crean debido a que el agua que se encuentra en el Ecuador está caliente  y por lo tanto es más ligera, así que se dirige hacia los polos por la superficie del mar  y al llegar, se enfría y se regresa por el fondo, aumentando su temperatura cada vez más a medida de que se va acercando al Ecuador de nuevo.

    Es así como el calor se va distribuyendo por todo el planeta gracias a las aguas de los océanos, además de que se evapora el agua iniciando su ciclo para culminar con la precipitación y permite la vida en estas zonas, sin embargo, la mayoría de las veces, el viento, el movimiento de rotación de la Tierra,  hacen que el calor no vaya a su lugar de destino, formando corrientes oceánicas, por ejemplo la Corriente del Golfo y la del Este de Australia.

    La circulación del agua también está basada en lo que son las Mareas, éstas son el ascenso y descenso del nivel del mar en un periodo determinado de 12 y 24 horas. Consecuencia de las atracciones gravitacionales de la luna y el sol con respecto a la Tierra. El nivel del mar no es constante, ya que en las estaciones del año, tanto en verano e inviernos aumenta o disminuye debido a los cambios de temperatura según sea la época del año.

Al paso de los años, el nivel de los océanos ha aumentado ya que los constantes cambios climáticos han provocado que los casquetes polares se vayan derritiendo poco a poco y aunque el océano regula las características del clima, si no hay un equilibrio, pueden aparecer eventos naturales catastróficos para nosotros como seres humanos.

Las propiedades físicas del océano se dividen en Ópticas como la transparencia, reflexión y refracción; Acústicas; Térmicas; Mecánicas como la densidad, presión, salinidad.

Historia de la oceanografía

Como ya se había mencionado anteriormente, la Oceanografía se va a encargar de estudiar a los océanos, pero, las investigaciones en torno a este tema, han venido desde épocas pasadas. Gracias a las navegaciones, exploraciones hacia el océano, se lograron precisar los contornos de mares y océanos, a partir de Europa y partes más lejanas.

Por ejemplo, los griegos, intentaban explicar por qué el mar llegaba siempre al mismo nivel, por qué no se secaba, porqué el agua del mar era salado y el agua de los ríos era dulce, sus explicaciones sólo eran especulaciones, puesto a que en ese entonces no tenían la tecnología para responder todas esas preguntas. Un personaje importante para esta época fue Aristóteles, ya que propuso lo que hoy conocemos como el ciclo del agua, él dijo que el agua de los océanos se evaporaba y condensa en forma de lluvia.

En el siglo XVII, en Gran Bretaña, surgió la “Royal Society” de Londres, varios hombres pertenecientes a esta sociedad, intentaron realizar un estudio del océano, pues trataron de definir sus características tanto en la superficie, como en la profundidad, creando instrumentos para la recolecta de información y muestras.

Robert Hooke, invento un instrumento que para saber la profundidad de los océanos mediante la presión del fondo. Dedujo que esta misma presión dependía de la temperatura y de la cantidad de sales en el agua.

El conde Marsigli fue un precursor de la oceanografía, ya que hizo una seria investigación en el Golfo de Vizcaya, pues midió su profundidad, temperatura, salinidad, la vida que existía en ese lugar.

En el siglo XVIII Stephen Hales, inventó una sonda marina y convenció al capitán Ellis que la usara para medir la temperatura del océano a una profundidad mayor.

En 1773, John Phips, realizo diversos sondeos en el océano, ideó una técnica y con una cuerda pesada que logró llegar a una profundidad de 1250, recogió la primera muestra de sedimentos de los océanos.

En el siglo 1843, el naturalista británico Forbes, durante una expedición científica, afirmó que debajo de los 500 m los océanos no presentaban nada de vida. Para comprobar esta teoría, las personas de la Royal Society  organizaron un viaje a través de “El Challenger”. Wyville-Thompson tenía la misión de estudiar las condiciones físicas de la vida en las profundidades, composición química del mar; esta embarcación recorrió todos los océanos hasta la Antártida midiendo salinidad y temperatura en la superficie, además durante el transcurso se logró llegar a una profundidad de 8183 m, recuperando muestras de sedimentos y de vida existente a 5000 m, por lo tanto, la idea de Forbes estaba errónea.

 A partir de estos momentos, diversas expediciones salían alrededor del mundo para poder explorar a los océanos y así determinar sus propiedades, siendo de mucha ayuda en la actividad pesquera y de navegación sobretodo.

Hacia el año de 1911, el océano fue estudiado con mayor exactitud ya que existían herramientas más modernas, por ejemplo, termómetros para tomar las temperaturas en aguas profundas, nuevos métodos para determinar la salinidad del agua y se utilizaba la técnica de Fessenden la cual, consistía en la propagación de ondas sonoras en el mar para poder conocer la profundidad en el océano, a partir de esta técnica, la batimetría empezaba a sobresalir.

Gracias a esta técnica, los alemanes se dieron cuenta de que el fondo oceánico no era plano, si no que presentaban diversas elevaciones, valles, etc., diversas formas que se pensaba solo se hacían presentes en la superficie de la corteza terrestre. Al paso de los años, se descubren nuevas técnicas para rastrear el fondo oceánico, siendo de gran utilidad, pero a pesar de todos esos hallazgos, aún nos falta por descubrir más acerca de la composición del océano.

Propiedades fisicas del agua

EL AGUA del mar es una solución de sales, por lo que sus propiedades físicas son muy diferentes de las del agua dulce y varían de acuerdo con la cantidad de sales que contenga. Por la gran complejidad que presenta el agua del mar en su composición, y debido a su riqueza en seres vivos, sustancias inorgánicas en suspensión y gases disueltos, algunos autores la describen como “una sopa turbia de seres vivos.

Las propiedades físicas del agua del mar se pueden dividir en: térmicas, mecánicas, eléctricas, acústicas, ópticas y radiactivas.

Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas del agua del mar dependen del calor que absorbe de las radiaciones energéticas que recibe del Sol, así como de la cantidad de calor que posteriormente el mar regresa a la atmósfera. Por lo tanto, el balance térmico del océano se establece por la diferencia entre el calor ganado y el perdido, y este balance es casi estacionario en el océano en su conjunto, aunque puede variar en algunos mares en especial, según las diferentes latitudes donde se encuentran en el planeta: es mayor la absorción de calor en bajas latitudes y mayor la pérdida en las altas. 

Las características térmicas del agua del mar influyen sobre otras de sus propiedades, y se puede destacar que la temperatura interviene directamente en el establecimiento de la distribución de las masas de agua en el océano, por cambios de la densidad, disponiéndose las menos densas y calientes arriba y las más densas y frías abajo.

Otro ejemplo de la relación de la temperatura con las características del océano consiste en que las sales disueltas en el agua del mar hacen descender su temperatura de congelación,. Evitando que una gran parte de ella, cuya temperatura es inferior a 0ºC, se congele y pase al estado sólido, y gracias a esto se van llenando poco a poco las cuencas oceánicas.

También el conocimiento del balance térmico en el mar permite entender la distribución de las comunidades de organismos tanto en las aguas someras como en las profundidades. Los organismos pueden ser euritermos (los que pueden vivir dentro de unos límites amplios de temperatura) y estenotermos (los que sólo pueden tolerar una variación muy limitada de temperatura).

Propiedades mecánicas

Las características mecánicas del océano están determinadas por la salinidad, y son la densidad y la presión.

  • La salinidad está dada, principalmente, por los cloruros, sulfatos y carbonatos que se encuentran disueltos en el agua del mar, y su distribución no es uniforme ni constante, varía de un lugar a otro, tanto en dirección horizontal, como en vertical, e incluso sufre oscilaciones en un mismo punto del océano, con el transcurso del tiempo. El factor fundamental que determina las variaciones de salinidad en un área marítima concreta es la pérdida o ganancia de agua.
  • La densidad del agua del mar consiste en su peso derivado de la cantidad de masa de sales por unidad de volumen de agua, por lo que es directamente proporcional a su salinidad, ya que a mayor cantidad de sales, existe una masa superior por unidad de volumen de agua; en cambio, es inversamente proporcional a la temperatura siendo, a mayor temperatura, la densidad menor.

La densidad también puede variar con la profundidad, por lo que se encuentra una estratificación del agua del mar, es decir, se presenta una separación horizontal de las capas de agua de diferente densidad. Si la densidad aumenta con la profundidad, la estratificación será estable debido a que las capas más pesadas quedan en el fondo; pero si disminuye con la profundidad, la estratificación será inestable, y puede cambiar totalmente por los movimientos del océano al hundirse las capas pesadas que están en la superficie.

  • La presión es producida por el peso de la columna de agua que gravita sobre una superficie situada a una determinada profundidad, más la presión atmosférica que actúa sobre la superficie del mar. La presión se mide en el mar mediante aparatos llamados nanómetros, que son de muy diversos tipos.

La relación entre estas dos propiedades físicas, densidad y presión, así como su distribución, tiene gran significado en oceanografía física, porque al combinarse con el movimiento de rotación de la Tierra determinan la configuración de las principales corrientes del océano.

Propiedades eléctricas 

Las propiedades eléctricas del agua del mar consisten en que este medio es conductor de la electricidad, debido a que las moléculas de las sales se disocian en iones positivos y negativos, que al estar sometidos a un campo eléctrico se desplazan en sentido contrario produciendo corrientes. Esta propiedad sirve para medir, con mayor precisión, la salinidad del océano.

Propiedades  acústicas 

El estudio de las características acústicas del agua oceánica es de gran importancia, ya que las ondas sonoras y ultrasonoras penetran desde la superficie del mar hasta grandes profundidades, al contrario de la luz solar, que sólo lo hace a 200 metros de profundidad, y de las ondas de radio, que también son absorbidas rápidamente; por lo tanto, la comunicación y el conocimiento submarino tienen que realizarse utilizando las propiedades acústicas del mar.

   Con base en estos conocimientos se han diseñado métodos y aparatos muy diversos como los hidrófonos, aparatos simples que recogen los sonidos del mar producidos por los fenómenos físicos propios del agua, los organismos marinos que la habitan y las embarcaciones o artefactos utilizados por el hombre.

Otros aparatos acústicos son las sondas acústicas o ecosondas y el sonar, que registran las ondas sonoras y ultrasonoras, permitiendo conocer la profundidad del fondo, su naturaleza y configuración; también localizar los bancos de peces, medir su tamaño y calcular la posible captura; asimismo, situar a otros barcos en la superficie, a los submarinos y otros objetos sumergidos.

   Es notable la diferencia de intensidad del sonido que se escucha al hacer chocar entre sí dos piedras en el aire o dentro del mar, esta diferencia se debe a la velocidad de propagación que tiene el sonido de ambos medios. En el aire la velocidad media es de 333 metros por segundo, mientras que en el agua es mucho mayor: alcanza de 1400 a 1600 metros por segundo; el margen que se presenta en ese último caso lo originan las variaciones de salinidad, temperatura y presión del agua del mar, y por lo tanto, para calcular la velocidad del sonido en un lugar dado del océano, se tienen que medir también estas características.

Propiedades  ópticas 

Las características ópticas se producen debido a que el agua del mar presenta cierta transparencia, es decir, la posibilidad de dejar pasar la luz, transparencia que cambia conforme aumenta la profundidad, debido a que esta luz sufre fenómenos de reflexión y refracción.

La luz que penetra en el océano es indispensable para que tengan lugar los fenómenos de fotosíntesis en el interior de las aguas marinas, es decir, la captación de la energía solar para la elaboración de la sustancia orgánica que será el alimento de los vegetales, los animales y el hombre.

Las radiaciones que forman la luz son absorbidas por el agua del mar y le transmiten calor. Esta absorción es selectiva y depende de la longitud de onda de la radiación. Dentro del espectro visible, la absorción es máxima para el rojo y mínima para el azul-verde. La infrarroja transporta la mayor parte de la energía calorífica, y se absorbe prácticamente en el primer metro de agua.

El calor del mar depende de esta selectividad de sus aguas para absorber y dispersar la luz. Así el color azul intenso de algunas zonas oceánicas se debe a la ausencia de partículas en suspensión, mientras que en las aguas costeras predomina el color verde, por la abundancia de partículas nutritivas y de pequeños organismos que forman el plancton.

Clásicamente, la transparencia del mar se mide usando un disco blanco de 30 centímetros de diámetro, llamado “Disco de Secchi”, y la transparencia media del agua oscila entre 1 y 66 metros de profundidad. Se ha comprobado que la transparencia es mayor para las aguas oceánicas que para las costas, en las que varía mucho con las partículas orgánicas e inorgánicas en suspensión. En algunos mares, las partículas en suspensión les pueden dar tonalidades variadas como la roja; éste es el caso del Golfo de California en México, al que se le ha llamado Mar Bermejo por la coloración que presenta. También la agitación de las aguas, la nubosidad y el color del cielo pueden influir en las aguas de los mares.

Propiedades radioactivas

Se pueden diferenciar dos tipos de radioactividad en los mares; la que se produce de manera natural en ellos, y la que el hombre ha introducido a los océanos al usar la energía atómica.

Una radiactividad mayor que la existente en la masa líquida se encuentra en los sedimentos marinos, sobre todo en los de las cuencas oceánicas. Se cree que estas cuencas pueden ser grandes yacimientos de materiales radiactivos, ya que uno de los elementos más abundantes en sus sedimentos es el torio.

La radiactividad producida por el hombre se deriva fundamentalmente de subproductos de explosiones atómicas, desperdicios de los reactores nucleares y por los derrames del agua de enfriamiento de estos reactores. El hombre, por desgracia, ha pensado que la inmensidad del océano le permite usarlo como basurero; pero los desperdicios atómicos constituyen un peligro potencial para la flora y fauna marinas y mientras no se conozca a fondo la dinámica del océano, no debe hacerse este depósito porque se pondría en peligro el futuro de la humanidad al destruir una fuente de riqueza alimenticia como es el océano.

Propiedades quimicas

Las principales propiedades químicas del agua de mar son la salinidad, la clorinidad y el pH.

Salinidad

La salinidad es una de las características que más interesa estudiar al oceanógrafo, sea químico, físico o biólogo. Esta propiedad resulta de la combinación de las diferentes sales que se encuentran disueltas en el agua oceánica, siendo las principales los cloruros, carbonatos y sulfatos. Se puede decir que básicamente el mar es una solución acuosa de sales, característica que le confiere su sabor.

De estas sales, el cloruro de sodio, conocido como sal común, destaca por su cantidad, ya que constituye por sí sola el 80 por ciento de las sales. El restante 20 por ciento corresponde a los otros componentes. Los oceanógrafos químicos la definen como: “Salinidad es la cantidad total en gramos de las sustancias sólidas contenidas en un kilogramo de agua del mar.” Se representa en partes por mil, y se encuentra en los océanos como salinidad media la de 35 partes por mil, o sea que un kilogramo de agua de mar contiene 35 gramos de sales disueltas.

A partir de innumerables mediciones realizadas en diferentes puntos del océano, se ha podido determinar que 35 partes por mil es la salinidad media del agua del mar, con ligeras variaciones de un océano a otro. En los mares del Hemisferio Norte se encuentra menor salinidad que en el sur, debido a que los continentes están más próximos y tienen mayor escurrimiento de agua dulce que los del Sur pero tomando en cuenta el promedio de cada océano se tiene que en el Pacífico es de 34.62 partes por mil, en el Índico 34.76 y, finalmente, en el Atlántico 34.90 partes por mil.

Clorinidad

El científico danés Martin Knudsen medio la salinidad en función de la cantidad de cloro que se encuentra en el agua del mar, a lo que se le dio el nombre de clorinidad.

La clorinidad se define como: “La cantidad total de gramos de cloro contenida en un kilogramo de agua del mar, admitiendo que el yodo y el bromo han sido sustituidos por el cloro.” Esta clorinidad así definida es más sencilla de determinar por análisis químico y permite calcular la salinidad hasta con una precisión de dos centésimas de gramo.

La relación entre la clorinidad y la salinidad se ha establecido para los diferentes mares y se han elaborado las tablas correspondientes basadas en las Tablas Hidrográficas de Knudsen que permiten pasar rápidamente de la clorinidad a la salinidad, calculando únicamente la clorinidad y sumándole una cantidad que ha sido determinada por la Comisión Internacional.

pH

Otro de los factores que quieren de un mayor estudio es el pH, es decir, la relación entre la concentración de iones hidrógeno (H+) y oxhidrilos (OH-) que le confiere las características de alcalinidad o de acidez a una solución. El agua oceánica es ligeramente alcalina, y el valor de su pH está entre 7.5 y 8.4 y varía en función de la temperatura; si ésta aumenta, el pH disminuye y tiende a la acidez; también puede variar en función de la salinidad, de la presión o profundidad y de la actividad vital de los organismos marinos.

El valor del pH es un dato de importancia en la oceanografía química desde cualquier punto de vista que se considere, por lo que se ha hecho clásica la técnica de su registro en las naves científicas y en los laboratorios en tierra, a la vez que se toman otros datos de importancia, tales como temperatura, salinidad, oxígeno disuelto etcétera, pudiéndolo medir por métodos colorimétricos casi ya no utilizados en la oceanografía química o por métodos eléctricos al aplicar el potenciómetro, resultando más precisos. 

El conocimiento del pH del agua del mar tiene importancia en oceanografía biológica, ya que muchos fenómenos biológicos pueden estar regulados por el mismo; parece ser que incluso puede haber una influencia del pH en las migraciones de diversas especies de animales marinos. Por tal razón es de interés su determinación y valoración.

Estas propiedades químicas del agua del mar, al caracterizar masas de agua del océano, permiten seguir su curso y modificaciones a lo largo de miles de kilómetros del mar y así entender el desarrollo de muchas especies marinas, por lo que su conocimiento no sólo tiene un interés científico, sino que presenta una importancia práctica para el aprovechamiento de los recursos vivos del mar.

2 Respuestas a “Oceanografía Física

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