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Forma como el viento genera circulación en los océanos
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El movimiento de la atmósfera es uno de los principales motores del movimiento de las masas de agua de los océanos. Aun cuando no es un proceso demasiado eficiente. El viento logra que las capas del agua se desplacen a aproximadamente 2% de su velocidad. Sin embargo la inercia de la masa del agua hace que las corrientes persistan en el tiempo.
La circulación en mar se puede describir mediante grandes torbellinos que se forma en cada océano:
Circulación en el mar
Las circulaciones oceánicas tampoco son totalmente estables. Existen situaciones en que los torbellinos se desplazan como ha ocurrido con aquel que baña las costas de Noruega con agua cálida del caribe creando inviernos mas fríos en las regiones escandinavas y en Europa en general.
ID:(77, 0)
Superposición de las corrientes atmosféricas y oceánicas
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Si observamos los patrones que se dan en las corrientes oceánicas veremos nuevamente la fuerza de Coriolis en acción. Cada vez que una corriente se desplaza en dirección del ecuador tiende a ser desviada hacia el lado poniente (en el hemisferio norte hacia la derecha de la corriente y en el hemisferio sur hacia la izquierda de la corriente). Desplazamientos hacia los polos muestran una tendencia inversa generando vórtices gigantes. En el hemisferio norte estos se mueven en el sentido de las manecillas del reloj
mientas que en el hemisferio sur lo hacen en el sentido contrario.
Circulación atmosférica y oceánica mostrando como la primera genera la segunda
Con esto queda también explicado de porque los continentes en su lado oriente son mas húmedos que en el lado poniente. En el lado oriental son bañados por aguas que alcanzaron el ecuador y tienen temperaturas mas
altas y con ello pueden entregar mas calor y humedad al medio. En el lado poniente sin embargo las corrientes provienen de los polos y están a menor temperatura reduciéndose con ello la humedad que pueden aportar.
ID:(80, 0)
Factor de Coriolis
Ecuación
El efecto de la rotación sobre el movimiento de un cuerpo sobre la superficie de la tierra se modela mediante la fuerza de Coriolis. Dado que esta depende de la velocidad angular de la tierra y del seno de la latitud se introduce un factor para simplificar el calculo. Este es el llamado factor de Coriolis definido mediante
| $ f = 2 \omega \sin \theta $ |
ID:(9237, 0)
Grosor de la capa de agua superficial en circulación
Ecuación
El viento logra impulsar una capa superficial. Esta ha sido modelada por Ekman que concluye que debe ser de un grosor
| $DE=\pi\sqrt{\displaystyle\frac{2A_z}{f}}$ |
con
donde
ID:(4924, 0)
Tesión que ejerce el viento sobre el oceano
Ecuación
La tensión de cizalla que genera el viento sobre los elementos de agua de la superficie del oceano
| $\tau_{xy} = \rho_a C_Du^2$ |
en donde
ID:(4923, 0)
Velocidad del océano en función del viento
Ecuación
La descripción de como el viento logra impulsar el agua es complejo. Uno de los primeros modelos se debe a Ekman que describió el comportamiento de una capa superficial de un grosor
con
donde
La velocidad del agua se estima entonces como
| $V_w =\displaystyle\frac{\tau_{xy}}{\rho_w\sqrt{A_z|f|}}$ |
en donde
en donde
Una de las principales falencias del modelo es la introducción de la llamada viscosidad de remolinos que es una simplificación extrema de procesos muy complejos. Sin embargo el modelo permite a lo menos explorar algunos de los mecanismos que originan el movimiento por lo que se expone aquí.
ID:(73, 0)
Corrientes marinas
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Las corrientes marinas forman patrones de circulación propios de cada hemisferio y condicionado por los continentes que bordean los océanos respectivos.
Circulación global, color indica si es caliente (rojo) o fria (azul)
En el hemisferio norte la corriente es en el sentido de la rotación del reloj (sentido negativo) mientras que en el hemisferio sur es en el sentido opuesto (sentido positivo).
Esto se explica con la circulación del aire que es el principal motor de las corrientes marinas. Las masas de aire superficiales que convergen hacia el ecuador se retrasan con respecto de las masas en estas latitudes generando un desplazamiento paralelo al ecuador de oriente a poniente generan las respectivas corrientes marinas que luego circulan hacia los respectivos polos.
ID:(3144, 0)
Velocidad de las olas
Ecuación
Para el caso de las olas, el agua no se desplaza, solo circula en el lugar. Sin embargo para un observador se ve como que la ola avanza a una velocidad u lo que se denomina velocidad de fase. Si el largo de onda, que corresponde a la distancia de dos crestas de olas seguidas, es
| $ u = \sqrt{\displaystyle\frac{ g \lambda }{2 \pi }\tanh\left(\displaystyle\frac{2 \pi h }{ \lambda }\right)}$ |
Esta ecuación explica el comportamiento de líquidos de poca profundidad señalando por ejemplo que su velocidad se vuelve cada vez menor a medida que la profundidad decrece. Esto explica entre otras cosas el surgimiento de olas en la playa. En ese caso el agua que esta mas cerca de la orilla tiene una menor profundidad que el agua que le sigue por lo que esta ultima sobrepasa a la primera dándose la típica cresta de la ola y el reventar en la playa.
ID:(9236, 0)
Mareas por atracción y aceleración centrifuga
Descripción
Después del viento es el sol y la luna los que contribuyen mas para impulsar las corrientes marinas generando lo que se denomina mareas. Estas provienen de la atracción gravitacional que sol y luna ejercen sobre la tierra.
Existen dos tipos de influencias:
- aquella que proviene de la atracción misma
- aquella que proviene de la aceleración centrifuga al rotar la tierra en torno al centro de masa común tierra-sol o tierra-luna
ID:(79, 0)
Mareas lanares y solares
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Las mareas son generadas tanto por el sol como la luna por lo que se habla de mareas lunares y solares.
Las mareas son máximas cuando luna y sol están alineados cuando la luna es llena o nueva siendo su periodicidad de 12 horas.
Si la luna están en cuarto menguante o cuarto creciente se encuentra en un radio luna tierra es perpendicular al radio sol tierra. En tal caso las mareas son menores y ocurren cada 6 horas alternándose una solar con una lunar.
ID:(3147, 0)
Aceleración gravitacional ante mareas
Ecuación
Como la aceleración gravitacional del cuerpo celeste es
| $ a =\displaystyle\frac{ G M }{ r ^2}$ |
donde
La aceleración gravitacional es por ello
se tiene en el limite
Con esta expresión la variación de la aceleración gravitacional es:
se obtiene
| $ \Delta a_g =\displaystyle\frac{2 G M }{ r ^2}\displaystyle\frac{ z }{ r }$ |
ID:(9240, 0)
Altura de las mareas
Ecuación
La variación de la aceleración significa que el agua esta expuesta a una aceleración menor lo que lleva a una columna de agua de mayor altura lo que corresponde a la marea. Si dicha altura es
Como la variación de la aceleracón es
| $ \Delta a_g =\displaystyle\frac{2 G M }{ r ^2}\displaystyle\frac{ z }{ r }$ |
y la aceleración gravitacional general del sol a distancia de la tierra
| $ a =\displaystyle\frac{ G M }{ r ^2}$ |
se tiene que la marea tiene una altura de
| $ h =\displaystyle\frac{ g_s }{ g }\displaystyle\frac{ R }{ r } z $ |
ID:(9241, 0)
Mareas solares
Ecuación
La altura de las mareas se calculan con
| $ h =\displaystyle\frac{ g_s }{ g }\displaystyle\frac{ R }{ r } z $ |
que en el caso del sol tiene un
con lo que se obtiene que
| $h=\displaystyle\frac{g_s}{g}\displaystyle\frac{R^2}{r}$ |
Con el radio 6.37e+6 m, la distancia solar tierra 1.5e+11 m y la masa 1.987E+30 kg se obtiene una altura de 16.28 cm.
8.14 = 24.42???
ID:(4925, 0)
Mareas lunares
Ecuación
La altura de las mareas se calculan con
| $ h =\displaystyle\frac{ g_s }{ g }\displaystyle\frac{ R }{ r } z $ |
que en el caso de la luna tiene un
con lo que se obtiene que
| $h=\displaystyle\frac{g_l}{g}\displaystyle\frac{R^2}{r}$ |
Con el radio 6.37e+6 m, la distancia solar tierra 3.84e+8 m y la masa 7.349e+22 kg se obtiene una altura de 17.9 cm.
35.8=53.7??
ID:(4926, 0)
Salinidad en los mares
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El océano tiene en promedio unos 34 g de sal por litro de agua. La sal
proviene tanto del agua de ríos como de procesos que ocurren en el fondo
del mar.
Salinidad en los mares
La importancia de la salinidad para la circulación del agua se debe a que
zonas en que la densidad de la sal es mayor y/o la temperatura es menor se
hunden desplazando a su vez agua e impulsando una corriente que mezcla
aguas de distinta profundidad.
ID:(3145, 0)
Corrientes termohalinas
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La sal contenida en el agua y la temperatura pueden llevar a que capas superiores del océano sean de mayor densidad y se hundan creando un flujo de mayor profundidad. Este transporta agua fría/caliente entre el océano atlándico, el indico y el pacifico por lo que se le llama también cincha transportadora global (ocean conveyor belt).
Cinta transportadora del oceano
Se presume que este es responsable del agua cálida que baña las costas de Europa con agua del caribe existiendo el temor que con los deshielo en el ártico se interrumpa o desplace cambiando en forma dramática el clima en Europa.
ID:(9242, 0)
Transporte de Ekman
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Por efecto de la fuerza de Coriolis las aguas superficiales de corrientes que se desplazan en dirección del ecuador tienden a ser desvaídas hacia el poniente alejándose de los bordes costeros. Esto lleva a que aguas mas profundas deben acender en las zonas costeras para suplir este desplazamiento superficial.
En este caso se mesura una corriente en el hemisferio norte circulando hacia el ecuador y desviándose mar afuera generando el transporte de Ekman.
Dichas corrientes acarrean aguas mas frías y con alta concentración de nutrientes a la superficie favoreciendo la vida marina costera.
Este fenómeno, que se observa por ejemplo en las costas norte de Chile y en el Perú, se denomina transporte de Ekman.
ID:(3148, 0)