4.2.La atmsfera y los ocanos como reguladores de la energa solar

La energa solar es una de las mayores fuentes de energa que recibe nuestro planeta; seguramente asociemos este tipo de energa a una secundaria, restringida nicamente a su uso en dispositivos tales como clulas fotovoltaicas o placas solares (o colectores, de tratarse de adaptados para el hogar), sin embargo es crucial para el desarrollo del clima en la Tierra.

Pero, por qu la energa solar en particular? El origen del calor atmosfrico se da por dos fuentes principales: por el contacto del aire con las superficies continentales y por el del aire con las superficies ocenicas. Este ltimo es de mayor importancia ya que la superficie de la corteza ocenica es mucho mayor en comparacin con la de la corteza continental y porque la masa de la hidrosfera es tambin mucho mayor si la comparamos con la de la atmsfera.

Por esto mismo la energa solar es clave para el transporte de este calor que se crea en la atmsfera, el cual es causado en mayor medida por su contacto con las corrientes marinas. Ello nos introduce en el papel de estas corrientes marinas a la hora de regular ya no slo los fenmenos atmosfricos del planeta, sino que tambin se transportan nutrientes, sales y otras sustancias qumicas, ayudando a regular adems los ecosistemas.

La energa radiada por el Sol que consigue penetrar nuestra atmsfera no es una funcin constante. Dependiendo de la localizacin geogrfica y de la hora que sea en el momento de la exposicin se obtiene distinta intensidad de energa solar .Y es que, al hacer un balance sobre la radiacin solar de la Tierra atendiendo a distintos valores en su latitud, se observa claramente que, para latitudes que distan 40 o menos del ecuador existe un exceso de radiacin, al igual que se obtiene un dficit en los casos excluyentes a este.

A continuacin, un balance anual de la radiacin terrestre, refirindose a toda la superficie del planeta en general.

Esta descompensada distribucin provoca que tanto la atmsfera como las corrientes ocenicas se vean implicadas en un proceso con tal de unificar la temperatura. Es este proceso en gran medida el responsable del clima terrestre. Se crea un flujo, tanto de aire como de agua (en la atmsfera y los ocanos, respectivamente), que en cada hemisferio viaja desde el ecuador hacia los polos.

En el caso del aire en la atmsfera, esta afirmacin se cumple con menos pegas que para el agua, ya que la atmsfera absorbe ms radiacin solar an que las corrientes: se encuentra a lo largo de toda la superficie terrestre. Por ello, y porque en su desplazamiento cuenta con menos obstculos que el agua al encontrarse en un medio gaseoso, la atmsfera se encarga de regular bastante ms calor que el ocano (sin embargo, el calor especfico del agua es mayor y esta alberga ms energa trmica).

Veamos unos grficos que representan la contribucin al flujo del calor de los ocanos y la atmsfera por separado y la contribucin total como resultado de su suma.

Para precisar los grficos que acabamos de ver, habra que tener en cuenta mltiples factores que pudieran influir en el trascurso de este flujo. En nuestro caso concreto, hablemos del ocano.

Como bien sabemos, las ciencias ambientales se guan mucho por los modelos que establecen, y es que, el balance neto de calor que transporta el ocano no es precisamente un sistema lineal y exacto, pero, como hicimos en el apartado (4.1.), podemos definirlo como la suma de otras cuatro variaciones energticas bsicas. En la siguiente grfica se muestra.

Figure 5.7Upper:Zonal averages of heat transfer to the ocean by insolationQSW, and loss by long wave radiationQLW, sensible heat fluxQS, and latent heat fluxQL, calculated by DaSilva, Young, and Levitus (1995) using the COADS data set.Lower:Net heat flux through the sea surface calculated from the data above (solid line) and net heat flux constrained to give heat and fresh-water transports by the ocean that match independent calculations of these trasports.The area under the lower curves ought to be zero, but it is 16W/m2for the unconstrained case and -3W/m2for the constrained case.

Donde, por orden, vienen representadas:

La energa calorfica proveniente de la radiacin solar.

La energa intercambiada por contacto con la atmsfera (calor sensible).

La energa en forma de calor emitida por el ocano (radiacin de vuelta).

La energa intercambiada por evaporacin o condensacin (calor latente).

Los ocanos pueden llegar a transportar hasta un 20-30% del calor terrestre total. Antes hemos dicho que las corrientes desplazan calor desde el Ecuador y los trpicos hacia los polos, pero el estudio de las corrientes ocenicas no es tan simple.

4.3. Las influencias del ocano en el clima regional

Existe un concepto unificador que conecta la superficie ocenica y los rgimenes de circulacin termohalina, transportando calor y sal a escala planetaria. Se le conoce como el cinturn de transporte ocenico, y tiene un papel clave en el clima.

La evaporacin que sufre el Mar Mediterrneo hace que su salinidad aumente respecto a su vecino, el ocano Atlntico. Para equilibrarlo, las aguas salinas mediterrneas fluyen a travs del estrecho de Gibraltar y van a parar al Atlntico, donde se sumergen en las profundidades debido a su salinidad. En compensacin, las aguas clidas transportadas por el Atlntico van a parar al Mediterrneo a su vez. Este hecho ocasiona que aguas superficiales poco salinas fluyan de regreso al Atlntico para compensar la balanza, dndose as en el hemisferio sur del Atlntico un flujo de aguas clidas y superficiales dirigido hacia el norte.

Adems, existe una corriente muy importante, la corriente del Golfo, la cual transporta aguas superficiales clidas hacia el norte, partiendo del Golfo de Mxico. Esta corriente es un buen ejemplo del papel que juegan las corrientes ocenicas a la hora de moderar el clima, ya que, gracias a ella, las aguas costeras europeas son 4C ms clidas que aguas con la misma latitud en el ocano Norte Pacfico.

Esto se debe a que las aguas clidas y salinas (salinas debido a que provienen del Ecuador, donde se evapora mayor cantidad de agua, y por tanto el agua restante aumenta en salinidad) superficiales del Caribe, del Golfo de Mxico y del Atlntico ecuatorial fluyen hacia el norte a travs de la corriente del Golfo. Las aguas atlnticas son especialmente salinas tambin por el aporte del Mar Mediterrneo. Una vez estas aguas clidas de la corriente del Golfo llegan a latitudes ms altas, se enfran y su calor le es cedido a la atmsfera, transformndose as en aguas fras y an ms salinas, por tanto ms densas, que se hunden en la corteza ocenica. Estas aguas fluyen en las profundidades hacia el sur por debajo de la corriente del Golfo, hasta llegar al ocano Atlntico sur, donde se unen a la corriente ms importante de nuestro planeta: la Corriente Circumpolar Artntica (CCA), la cual recorre toda la Antrtida. La CCA comunica los ocanos Atlntico, ndico y Pacfico.

Una vez que las corrientes profundas del Atlntico Sur se unen a la CCA, depositan all gran parte de su salinidad; y, al ser las aguas de la CCA ms fras que las ndicas, atlnticas y pacficas, dicha salinidad es "absorbida" por la CCA, de forma que las aguas transportadas a los ocanos ndico y Pacfico son menos salinas que las del Atlntico.

Precisamente el principal motor de a lo que llamamos el cinturn de transporte ocenico es esta diferencia en el contenido de sal entre el ocano Atlntico y el Pacfico e ndico. Esta diferencia de salinidad es la que causa que las aguas del Pacfico, para compensar tal desiquilibrio, transporten agua poco salina y por tanto ms clida hacia el Atlntico.

Es as como se explica que las aguas europeas sean 4C ms clidas que las aguas del Pacfico situadas a una misma latitud. El cinturn de transporte ocenico tambin se ve beneficiado por el transporte de agua evaportada desde el ocano Mediterrneo hasta el ndico, por ejemplo, el cual precipita en forma de lluvia, calentando as las aguas ndicas y favoreciendo el ciclo.

Corriente circumpolar antrtica.

Tal y como acabamos de ver, el ecuador y sus proximidades no se calientan cada vez ms y ms, sino que tal calor es transportado por las corrientes ocenicas y el viento hacia altas latitudes cerca de los polos. Debido a que el agua, en condiciones normales, tiene un calor especfico muy alto de 4,1813 UNIDADES, grandes cantidades de calor pueden ser absorbidas y almacenadas en las capas superficiales ocenicas. Gracias a este elevado calor especfico, el ocano puede almacenar grandes cantidades de energa trmica de forma que esta se vaya desprendiendo poco a poco, sin que causen estos desprendimientos una variacin signficante de la temperatura ocenica.

Todo lo explicado anteriormente convierte a las corrientes ocenicas en grandes reguladoras del clima de la Tierra. Sin embargo, y a pesar de que a lo largo del pasado milenio el clima ha permanecido considerablemente estable, existen procesos naturales que provocan variaciones significantes en el clima.

Uno de ellos es el fenmeno de El Nio, el cual se origina en el ocano Pacfico pero causa una repercusin a nivel global.

El Nio-Southern Oscillation (ENSO), en espaol "la oscilacin surea de El Nio", es un ciclo de cambio en los patrones de viento y corrientes ocenicas en el ocano Pacfico ocasionado por fluctuaciones peridicas en la temperatura superficial marina y en la presin de las capas de aire en contacto con el ocano. En condiciones normales, el agua clida es transportada hacia el oeste en el ocano Pacfico por los vientos alisios del sur, que son vientos que soplan de forma relativamente constante en verano y menos en invierno, hasta que se acumula cerca de Indonesia. Esta acumulacin de agua clida en el ocano Pacfico oeste causa bajas presiones en el aire, ya que el agua clida calienta el aire en contacto con la superficie ocenica, provocando su ascenso y dejando as un rea de baja presin. Tambin produce un aumento en las precipitaciones, ya que esta baja presin en el aire est asociada a ms lluvias. Por su parte, el ocano Pacfico este tiene altas presiones en el aire y un clima ms seco con menos lluvias.

En un periodo que abarca de de 2 a 7 aos se produce una alteracin en estas condiciones normales, lo cual desembarca en lo que se denomina la fase clida (que suele preceder a una fase fra) de la ENSO que, aunque se desconocen exactamente las causas que la inician, se sabe que tiene que ver con una fuerte relacin entre la temperatura superficial marina y la presin atmosfrica. Durante la fase clida del ENSO, los vientos alisios del este que van a parar al Pacfico oeste se debilitan. Esto hace que se genere una fuerte corriente ocenica de aguas clidas dirigida hacia el este a lo largo del Ecuador.

Fue un matemtico britnico, Gilbert Walker, quien a principios del siglo XX observ que altas presiones en el este del Pacfico sur siempre iban acompaadas de bajas presiones en el oeste de los ocanos Pacfico e ndico. Walker dedujo que el gradiente de presin entre las altas presiones del este y las bajas presiones en el oeste generaba el flujo de los vientos desde el este hacia el oeste ecuatorial. Es decir, la fortaleza o debilitamiento de estos vientos alisios depende de los cambios en el gradiente de presin que ejerce la atmsfera sobre el ocano Pacfico tropical. Este gradiente de presin representa el cambio de presin del aire a lo largo de una distancia. Cuanto mayor sea este gradiente, ms rpido fluir el aire desde altas hasta bajas presiones. El aire clido asciende por encima del rea de baja presin en el oeste, contina el ciclo desplazndose a lo largo de las capas superiores de la atmsfera hacia el este, y se hunde de nuevo en el rea de altas presiones.

Walker se dio cuenta de que estas reas de altas de bajas presiones a veces intercambiaban las posiciones, y es lo que conocemos hoy en da como la fase clida de la Southern-Oscillation o El Nio. Hoy en da los cientficos reconocen que la SO y El Nio van unidos, y le denominan el fennemo ENSO.

El Nio hace que la temperatura en la superficie del ocano Pacfico este sea ms clida de lo normal, y esto priva a la corriente termohalina su ascensin a aguas ms superficiales, lo que impide el "upwelling" del agua fra rica en nutrientes. Es por ello que puede ser devastador para la vida marina. Esta fase de agua clida tambin desencadena fluctuaciones a nivel global. Sudamrica experimenta un clima ms hmedo de lo normal, mientras que en Norteamrica se da un clima de humedad apacible pero con abundantes tormentas e invernal.

El fenmeno de El Nio es devastador para la economa pesquera de Ecuador y Per. Adems, lluvias torrenciales acompaan frecuentemente el calentamiento de las costas, causando importantes inundaciones.

Ocano y cambio climtico

Como ya dijimos, el calor especfico del agua es muy alto, luego absorbe gran cantidad de calor. De esta forma, el ocano es capaz de almacenar enormes cantidades de energa trmica sin que esto afecte de manera significante a la temperatura global ocenica. La capacidad calrica del agua es 4.2 veces la de la atmsfera, y su densidad es 1000 veces mayor.

El ocano acumula aproximadamente el 90% de todo el calor que llega al planeta (desde 1950, ms de 2010^22 Julios). Los niveles de calor ocenicos reflejan de forma ms precisa el calentamiento global que el calentamiento en la superficie terrestre y la atmsfera. La energa calorfica del ocano ha aumentado desde el ao 2000 unos 410^22 Julios.

Un ligero aumento de la temperatura ocenica podra acelerar el ciclo del ENSO, por ejemplo. Sin embargo, ms an impactante sobre el clima global sera el cambio que producira en el cinturn de transporte ocenico.

Los cientficos advierten de que el ocano Atlntico norte podra enfriarse, quiz para final de siglo. Paradjicamente, el culpable sera el calentamiento global.

La corriente del Golfo, como ya dijimos, desplaza masas de agua caliente hasta Europa, y debido a la rotacin de la Tierra y a los vientos provenientes del oeste, esta se divide en dos corrientes principales, repartiendo as el calor. Una es la corriente del Atlntico Norte, y la otra la corriente de las Islas Canarias. En la corriente del Atlntico Norte se libera una gran cantidad de calor a la atmsfera. El agua se vuelve ms fra en esta corriente y su concentracin salina y densidad aumentan en la evaporacin. Llega un punto en el que la corriente deja de ser superficial y se hunde, entre Groenlandia, Noruega e Islandia. Esto da lugar a una enorme corriente profunda de agua fra de 15 km de ancho que transporta aproximadamente 17 millones de metros cbicos de agua por segundo; es decir, unas 15 veces ms agua que la que transportan todos los ros del mundo. Esta corriente es el medio de transporte de innumerables especies marinas desde el Caribe hacia el Atlntico norte. Adems, transporta a Europa una energa calorfica equivalente a la que se producira con un milln de centrales nucleares elctricas. Sin la corriente del Golfo, la temperatura en Europa podra disminuir significantemente, hasta 5 grados Celsius.

A pesar de su enorme importancia, el cinturn de transporte ocenico es muy vulnerable, y los lugares donde las corrientes de aguas profundas se forman componen menos del uno por ciento del rea de la superficie ocenica. Ante un cambio en la temperatura o la salinidad en estas reas la creacin de las corrientes profundas podra tornarse muy lenta o incluso detenerse, porque si los casquetes polares se derritieran, la salinidad de las aguas de Groenlandia disminuira, as como su densidad. La corriente del Atlntico Norte ya no sera lo suficientemente densa y no se hundira tanto como de costumbre. En el peor de los casos, podra ocasionar un parn en nuestro suministro de calor proveniente de la corriente del Golfo.

Pese a todo pronstico, no hemos de ser alarmistas, ya que en nuestro planeta se han producido periodos de enfriamiento y calentamiento de forma peridica. Ccabe aclarar dos puntos importantes:1- Un enlentecimiento o incluso la detencin de la corriente del Atlntico Norte no supondra el fin de la corriente del Golfo, pero s que acarrera un transporte de agua mucho menor desde los trpicos.2- Una debilitacin en la corriente del Atlntico Norte no provocara otra edad de hielo. El aumento de la temperatura debido al calentamiento global contrarrestara la mayor parte del descenso de temperaturas.

Aun en la ausencia de un escenario extremo tal como lo es el de una era glacial, cualquier interrupcin en la corriente del Atlntico Norte puede tener consecuencias de largo alcance. Cuanta menos agua fluyera hacia el norte desde la zona ecuatorial, los ocanos del sur se calentaran, lo cual alterara los patrones de lluvia tropical. Una disminucin en la creacin de corrientes profundas liberara menos oxgeno a las profundidades del ocano, y por otra parte, una disminucin en la formacin de corrientes superficiales transportara menos nutrientes a la superficie ocenica, lo cual producira un efecto devastador en los ecosistemas ocenicos. Adems, el aumento del nivel del mar supondra la prdida de muchos territorios habitados actualmente.

4.5Los gases en el ocano: el CO2

El ocano acta modificando la concentracin de CO2 en la atmsfera, que es el gas invernadero ms importante despus del vapor de agua. Las corrientes ocenicas se encargan de su distribucin, luego una disminucin en la velocidad de estas supondra una saturacin del gas ya que se transportara ms lentamente, menguando as la capacidad de captacin del carbono del ocano. Todo esto ocasiona un aumento en los gases de efecto invernadero en la atmsfera.

Las emisiones de CO2 en la atmsfera se han incrementado desde la poca preindustrial (antes del siglo XIX), como consecuencia principal de la combustin de combustibles fsiles (5.4 Pg/ao, 1Pg=10^15 g).

Hoy en da, aproximadamente la mitad de las emisiones permanecen en la atmsfera y la otra mitad la absorben los ocanos y la vegetacin terrestre. El ocano se comporta como un sumidero de CO2, captando alrededor de 2 Pg de carbono antropognico (causado por los humanos) al ao, conteniendo unas 50 veces ms que la atmsfera y 20 ms que la biosfera; se ha estimado que el 90% de estas emisiones sern captadas por el ocano dentro de varios miles de aos.

Antes de la industrializacin, la concentracin del dixido de carbono en la atmsfera era de 280 partes por milln (ppm). Con el incremento del uso de combustibles fsiles, ese coeficiente es ahora aproximadamente 400 ppm y aumenta aceleradamente. El dixido de carbono, al combinarse con el agua marina, da lugar a reacciones qumicas que reducen el pH del agua. A este hecho que tiene repercusin sobre el clima global se le conoce como la acidificacin ocenica.

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La acidificacin del ocano y el calentamiento global son problemas diferentes pero estrechamente relacionados ya que comparten races: emisiones humanas de CO2. La concentracin atmosfrica de dixido de carbono es ahora ms alta que lo que lo ha sido durante los ltimos 800000 aos. Si el ocano no hubiese absorbido tan vastas cantidades de dixido de carbono la concentracin atmosfrica sera an mayor, y las consecuencias medioambientales del calemtamiento global junto con sus impactos socioeconmicos asociados seran an ms preocupantes. Los ocanos no pueden seguir absorbiendo dixido de carbono al ritmo actual sin provocar cambios significativos en la estructura qumica y biolgica de los ecosistemas.

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Conclusiones

Los cientficos tienen diferentes puntos de vista sobre el impacto que el cambio climtico tendr en el cinturn de transporte ocenico y en los ocanos en general, pero lo que est claro es que un cambio en el clima afecta al complejo sistema de corrientes ocenicas que se han mantenido relativamente estables desde la ltima edad de hielo, aunque sea de una manera que no llegamos a entender.

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