EL OCÉANO Y SUS RECURSOS III. LAS CIENCIAS DEL MAR: OCEANOGRAFÍA FÍSICA, MATEMÁTICAS E INGENIERÍA

Autor: JUAN LUIS CIFUENTES LEMUS PILAR TORRES-GARCÍA / MARCELA FRÍAS M.

COMITÉ DE SELECCIÓN

EDICIONES

PRÓLOGO

I. OCEANOGRAFÍA FÍSICA

II. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA DE MAR

III. LA TEMPERATURA EN EL MAR

IV. LA LUZ, EL CALOR Y LA TRANSPARENCIA EN EL OCÉANO

V. PROPAGACIÓN DEL SONIDO EN EL MAR

VI. LAS MASAS DE AGUA. CONVERGENCIA Y DIVERGENCIA

VII. LA CIRCULACIÓN OCEÁNICA

VIII. LA ACTIVIDAD DE LAS AGUAS OCEÁNICAS. .....LA ENERGÍA DEL OLEAJE

IX. LAS MAREAS. SU ENERGÍA Y SU UTILIZACIÓN

X. RELACIÓN ENTRE LA ATMÓSFERA Y EL OCÉANO, .....INTERCAMBIO DE CALOR Y ACCIÓN DEL VIENTO

XI. LAS PRECIPITACIONES ATMOSFÉRICAS Y EL CICLO DEL AGUA

XII. EL OCÉANO Y EL CLIMA

XIII. INSTRUMENTOS Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ...OCEANOGRÁFICA FÍSICA

XIV. LAS MATEMÁTICAS Y EL ESTUDIO DE LOS OCÉANOS

APÉNDICE I

APENDICE II

BIBLIOGRAFÍA

COLECCIONES DEL FCE

CONTRAPORTADA

COMITÉ DE SELECCIÓN

Dr. Antonio Alonso

Dr. Juan Ramón de la Fuente

Dr. Jorge Flores

Dr. Leopoldo García-Colín

Dr. Tomás Garza

Dr. Gonzalo Halffter

Dr. Guillermo Haro †

Dr. Jaime Martuscelli

Dr. Héctor Nava Jaimes

Dr. Manuel Peimbert

Dr. Juan José Rivaud

Dr. Emilio Rosenblueth †

Dr. José Sarukhán

Dr. Guillermo Soberón

Coordinadora Fundadora:

Física Alejandra Jaidar †

Coordinadora:

María del Carmen Farías

EDICIONES

la

ciencia/17

desde méxico

Primera edición, 1986

Tercera reimpresión, 1995

Las fotografías incluidas en este volumen son publicadas por cortesía de revista Técnica Pesquera.

La Ciencia para todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior e Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología

D. R. 1986, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V.

D. R. 1995, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA

Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.

ISBN 968-16-2388-.6 (obra completa)

ISBN 968-16-2456-4 (tomo III)

Impreso en México

PRÓLOGO

Fecunda idea es la publicación de El océano y sus recursos, primer libro de su índole en México país al que la extensión y variedad de sus costas, bañadas por los dos mayores océanos del planeta, le ofrecen valiosos tesoros, cuyo aprovechamiento total no podrá lograrse sin contarse con un cúmulo de conocimientos científicos sobre el tema.

México, como se ha dicho, ha vivido "de espaldas al mar", dando mínima atención al debido aprovechamiento de sus recursos marinos. Y, desde luego, prácticamente ninguna a la investigación científica de sus recursos. Hace apenas seis lustros que se dieron, en 1923 y 1926, los primeros y más modestos pasos al respecto, promovidos por el más brillante biólogo que ha producido México, Alfonso L. Herrera, en la benemérita Dirección de Estudios Biológicos, que había fundado en 1915 y a cuyo frente se encontraba. En tal trabajo participó quien esto escribe, y que posteriormente inició, en 1934, la primera cátedra de hidrobiología y pesca en la Escuela Nacional de Agricultura.

Para entonces ya existían algunos centros de investigación, que paulatinamente fueron creciendo en números. Y también planteles profesionales en que se formaban los nuevos investigadores. Los más activos eran la Facultad de Ciencias (UNAM) y la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas (IPN).

En la Facultad de Ciencias, desde 1962, el maestro Juan Luis Cifuentes tenía a su cargo —y la tiene aún—una cátedra de zoología de invertebrados, que con sus sólidos conocimientos y dinamismo no tardó en convertirse en polo de atracción para los alumnos que anhelaban formarse bajo las enseñanzas del brillante catedrático, quien en el período 1973-1977 fue designado director de la Facultad de Ciencias. Esta institución recibió entonces un notable impulso en sus diversas ramas, en un tiempo que puede ser considerado como la Edad de Oro del Departamento de Biología.

Paralelamente a estos desarrollos, se había ido acumulando una abundante y sólida bibliografía especializada, de gran valor de consulta, para guiar las investigaciones marinas, pero faltaba una obra, escrita por mexicanos, que pudiera. servir al lector deseoso de tener una visión panorámica de la materia. El océano y sus recursos viene hoy a llenar ese vacío. En esta serie de doce volúmenes, cuidadosamente equilibrados, se enfocan todos los ángulos de las investigaciones oceánicas, con especial referencia a los aspectos biológicos y muy particularmente a la pesca, que cada día va tomando mayor importancia en la economía mexicana.

La solidez y autoridad de la obra la avala el nombre de sus autores: el maestro por antonomasia, Juan Luis Cifuentes, y dos de sus más brillantes discípulas y colaboradoras: la maestra en ciencias María del Pilar Torres García y la bióloga Marcela Frías Mondragón.

Para mí, que he tenido la incomparable oportunidad de ver crecer la biología mexicana desde sus albores hace más de seis décadas, y que di mis primeros pasos de investigador en el campo de la hidrobiología, es una satisfacción y un honor que Juan Luis Cifuentes, mi discípulo de antaño y hoy brillante colega a quien tanto estimo, me haya honrado pidiéndome estas líneas, que con placer he redactado.

ENRIQUE BELTRÁN

I. OCEANOGRAFÍA FÍSICA

LA OCEANOGRAFÍA FÍSICA es una rama de las ciencias del mar que se ha desarrollado rápidamente y que trata de entender los problemas relativos a las propiedades físicas del agua del mar, o bien, a los movimientos de las partículas fluidas que la componen, sin olvidar la acción recíproca del mar y de la atmósfera, por una parte, y del mar con el fondo oceánico, por otra.

Esta ciencia incluye dos actividades principales: la primera se dedica al estudio directo y a la preparación de cartas sinópticas de las propiedades físicas del océano, como temperatura, densidad, transparencia, presión, punto de ebullición, punto de congelación, calor específico, energía absorbida, entre otras; y la segunda es el estudio teórico de los procesos físicos del mar que intervienen en la circulación del agua oceánica, como corrientes, mezcla, mareas y surgencias, para explicar su comportamiento.

La circulación del agua del mar es la propiedad física básica que se presenta en el océano, por lo que los oceanógrafos la han estudiado mediante muchas técnicas. De esta característica se derivan todas las demás propiedades físicas del mar y, a su vez, la circulación es el resultado de la interacción de ellas.

Figura 1. Oceanografía física.

Figura 2. Circulación del agua oceánica.

De manera general, se puede decir que las corrientes oceánicas se producen porque el agua caliente del ecuador, que es más ligera, fluye hacia los polos por la superficie del mar, al llegar a éstos desciende, se enfría y regresa hacia el ecuador por el fondo, ascendiendo muy lentamente en las regiones tropicales, para iniciar el ciclo nuevamente.

De este modo, grandes cantidades de calor solar son transportadas desde los trópicos hacia el norte y el sur, dispersándose por el planeta; este calor, al aumentar, produce la evaporación del agua en regiones subtropicales, la cual se precipita como lluvia en las zonas templadas de mayor latitud. Esta disipación del calor solar hace posible que una gran parte del planeta sea habitable e influye en la distribución de los seres vivos.

La circulación del agua no es tan sencilla como se describió anteriormente, debido a que la complica el movimiento de los vientos. Los persistentes alisios empujan el agua caliente de la superficie hacia el Oeste, a lo largo del ecuador en los océanos, hasta que esta agua encuentra tierra y se desvía hacia el norte y el sur, formándose varias corrientes marinas; por su gran caudal se han hecho famosas dos de ellas: la Corriente del Golfo y la del Este de Australia.

La rotación del planeta complica todavía más la circulación oceánica, porque tiende a desviar todas las masas de agua hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur.

A esto se deben sumar otros fenómenos que dificultan la circulación de corrientes, como son los que se presentan en lugares donde la evaporación es grande, por lo que se produce agua más salada y pesada que desciende a profundidades hasta de 1.5 kilómetros, como por ejemplo, en el Mar Rojo, y las zonas ártica, antártica y subantártica que cambian las velocidades de enfriamiento del agua, lo que provoca fenómenos de hundimiento o de surgencia que varían las características de las corrientes.

Figura 3. Propiedades físicas del océano.

Observar la diversidad del proceso que interviene en la circulación del agua en el océano permite dar cuenta de la infinidad de problemas que tienen que resolver los oceanógrafos físicos en relación con esta característica.

Otro campo de la física del mar es el estudio de las olas, las mareas y los niveles de agua. El conocimiento más profundo sobre el origen y comportamiento de las olas ha permitido prever los maremotos, salvando con ello gran cantidad de vidas.

Los estudios de las mareas son imprescindibles para las construcciones portuarias y también para realizar las obras de tipo hidráulico que permiten que las bocas de las lagunas costeras se mantengan abiertas y que la vida en ellas permanezca estable.

Asimismo, son de gran utilidad para la industria pesquera, ya que algunos métodos de captura se basan en el comportamiento que los seres vivos presentan ante los cambios de marea. Y, de unos treinta años a la fecha, las mareas son utilizadas para producir fuerza motriz.

El nivel del mar no es constante y no sólo varía con las mareas diarias, sino que todos los años sube en verano y baja en invierno, a causa, principalmente, de los cambios de temperatura y de la presión atmosférica.

En los ciclos que han durado cientos de años, el nivel del océano también se ha ido modificando debido al aumento y disminución de los hielos polares. En la época de los romanos, el nivel del mar era bajo, los inviernos eran fríos y los veranos secos, pero a partir del año 500 de la era actual los hielos polares disminuyeron, el nivel del mar aumentó y muchas zonas costeras fueron cubiertas por el agua; lo mismo ocurrió con los puertos construidos en los días de Roma, pero los que se hicieron para sustituirlos quedaron distantes del mar durante la Edad Media, en la cual bajó el nivel del mar, debido a que se produjo otra época de fríos. El estudio de estos cambios del nivel del mar permiten predecir las variaciones del clima, entre otros fenómenos.

El océano regula las características del clima y se puede considerar como la "memoria" de la atmósfera, porque en él se deposita la mayoría de los cambios atmosféricos que se van acumulando; en ocasiones estos fenómenos pueden regresar a la atmósfera causando modificaciones.

La acción que el océano ejerce sobre el clima es estudiada por la meteorología, una rama de la física. Uno de los procesos más interesantes para este estudio es la distribución de calor en el globo, regulada principalmente por las corrientes oceánicas. El mar actúa como un inmenso regulador que equilibra el contenido en vapor de agua y bióxido de carbono en la atmósfera: estas dos sustancias son las causantes principales de la retención de casi todo el calor del Sol cerca de la superficie de la Tierra, lo que permite comprender la importancia que para el clima tienen los océanos. Para estudiar estos fenómenos, la oceanografía física emplea satélites meteorológicos.

En el estudio de la física del mar los científicos han desarrollado gran cantidad de técnicas y aparatos, los cuales cada vez se hacen más complejos. Así, por ejemplo, las corrientes de superficie que se medían observando cómo se desplazaba un objeto flotante (que podría ser una botella llena de aire), en la actualidad se estudian utilizando el cinematógrafo geoeléctrico, que registra el voltaje producido por las corrientes y que permite conocer su velocidad. También para medir esta importante característica se utilizan las boyas de flotabilidad neutra.

Uno de los mayores adelantos técnicos que se ha tenido en la oceanografía física es la construcción de un instrumento que mide continuamente la temperatura, salinidad, velocidad de corriente y velocidad del viento. Este instrumento se hace llegar al fondo, transmitiendo información a la superficie mediante impulsos sonoros codificados que son registrados en estaciones fijas de observación en el mar, las que a su vez transmiten estos impulsos por radio a los laboratorios en tierra.

Con estos métodos la oceanografía física permite comprender y predecir que algunas partes del océano sean más fértiles y prolíferas en seres vivos que otras.

La producción del océano está íntimamente relacionada con las características físicas y químicas del agua. Cuando el plancton capta la energía del Sol y la almacena para elaborar alimento, necesita de sustancias inorgánicas llamadas nutrientes, las cuales se encuentran en el fondo del océano como producto de la descomposición bacteriana de la materia orgánica, y para salir del fondo y subir a la superficie necesitan de las corrientes llamadas surgencias, siendo esto un abono del mar, semejante a lo que sucede cuando se fertiliza un pastizal. Esto permite que aumente la producción de alimentos, y por lo tanto, las poblaciones de vegetales y animales marinos.

Esta área de las ciencias del mar está en pleno desarrollo y los físicos que se especializan en el estudio de los mares pueden dividirse en oceanógrafos físicos (también llamados hidrógrafos) y meteorólogos

marinos.

II. PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA DE MAR

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.

Figura 4. Absorción de la luz en el agua de mar.

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)) estenotermos (los que sólo pueden tolerar una variación muy limitada de temperatura).

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.

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.

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.

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 océanicas 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.

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.

III. LA TEMPERATURA EN EL MAR

EL PRINCIPAL aporte calorífico que tiene el agua del mar está representado por las radiaciones energéticas que le llegan del Sol. Su calor específico tiene un valor elevado en comparación con el calor específico de las demás sustancias existentes en la superficie del planeta; esto confiere al mar una extraordinaria capacidad para almacenar calor y por esta propiedad puede actuar como un gigantesco moderador del clima.

Se entiende por calor específico, en general, la cantidad de calor necesario para aumentar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua.

Esta gran capacidad de los océanos para conservar el calor permite que la temperatura sea más estable en el mar que en los continentes, siendo en aquél menos marcados sus cambios a través de las cuatro estaciones del año.

Otras fuentes de calor para el océano son: la energía solar reflejada por el cielo, el calor original del interior de la Tierra, el que se desprende de la desintegración radiactiva, y la energía derivada de los procesos químicos y biológicos que se realizan en el seno del océano.

Las radiaciones solares que llegan a la superficie del mar penetran en su masa, alcanzando generalmente una profundidad promedio de cien metros, pero que puede extenderse hasta los mil metros. La penetración de estas radiaciones depende principalmente de la turbiedad, es decir, de la cantidad de materia sólida que se encuentra en suspensión.

Conforme la profundidad aumenta van penetrando menos radiaciones, por lo que la temperatura disminuye. Por lo anterior, en la superficie del mar existe una capa de agua relativamente caliente, con una temperatura uniforme; esa capa puede extenderse de los 20 a los 200 metros de profundidad, dependiendo de las condiciones locales. Abajo de ella existe una zona limítrofe en donde se presenta un rápido descenso de la temperatura, llamada termoclina, que divide a estas aguas superficiales, menos densas y menos salinas, de las aguas de las profundidades, más frías, densas y salinas.

En los océanos, las termoclinas no son bruscas ni están tan bien diferenciadas como ocurre en el agua dulce. En las aguas tropicales, la termoclina puede ocupar una profundidad entre 100 y 200 metros y ser relativamente estable durante el año. En las aguas templadas de las latitudes medias se localizan a un poco más de profundidad, siendo un fenómeno estacional que ocurre solamente durante la primavera y verano, y tiende a desaparecer en los mares polares en los que la temperatura de toda la columna de agua es baja.

Figura 5. Distribución de la temperatura en aguas marinas superficiales.

En las latitudes ecuatoriales si la temperatura del agua es de 26ºC en la superficie, suele ser sólo de 15ºC en la termoclina que se encuentra a 150 metros de profundidad, desde allí disminuye la temperatura lenta pero constantemente, hasta llegar al frío del abismo.

En general, cuando en los océanos se alcanzan profundidades de 1500 metros o mayores, la temperatura del agua puede ser menor de 4ºC, en cualquier parte del mundo, independientemente de la temperatura superficial. En las profundidades de los abismos, a 11 kilómetros, hay una temperatura menor a 2ºC, escasamente arriba del punto de congelación del agua salada, que para una salinidad de 25% es de menos 1.33ºC.

A veces, la temperatura del fondo del océano baja más allá del punto de congelación, pero esa condición nunca dura el tiempo suficiente para que el agua del fondo del mar se convierta en hielo, a esto colaboran los efectos de la salinidad, presión y circulación del agua.

Tomando en cuenta la temperatura de todos los océanos y las diferentes profundidades, se ha fijado la temperatura media del agua marina en 4ºC con valores que van desde menos 2ºC hasta 32ºC.

En la superficie de las aguas marinas tropicales, la temperatura mínima es de 20ºC, la máxima de 30ºC y la media de 27ºC; en las subtropicales, 16ºC como mínima, 27ºC como máxima y 22ºC como media; en las aguas boreal y antiboreal, la mínima es de lºC, la máxima de 17ºC y la media de 11ºC; en el Ártico y Antártico, la mínima va de menos 3 a lºC, la máxima es de 9ºC y la media de menos 1 a 5ºC.

Se presentan variaciones anuales de temperatura en las capas superficiales del océano, que dependen de la absorción del calor recibido del exterior, registrándose un máximo al comienzo del otoño y un mínimo al inicio de la primavera. También se presentan cambios debido a la profundidad de las aguas, observándose que las modificaciones son mayores en la superficie y conforme aumenta la profundidad las variaciones se atenúan progresivamente hasta no registrar ninguna variación anual. Esto se empieza a observar a los 300 metros, aunque en ciertas regiones, puede ser a los 100 metros.

Las variaciones anuales en un mismo lugar son pequeñas, del orden de los 2ºC en el ecuador y en los polos; las mayores, de unos 18ºC, se han observado en el Atlántico norte y en el Pacífico norte.

También se ha presentado variaciones de la temperatura del agua del mar a través de largos periodos de tiempos en determinadas regiones del océano. Por ejemplo, en el Atlántico norte se ha podido registrar un ligero calentamiento de sus aguas que se inició a partir del año de 1900.

En las altas latitudes el enfriamiento de las aguas superficiales hace aumentar su peso y, por lo tanto, se hunden haciendo aflorar las aguas más templadas, ocasionando con ello movimientos llamados conectivos, lo que produce la homogeneidad de las temperaturas. La distribución de las masas de agua del océano se establece por densidad, condicionada fundamentalmente por la temperatura y la salinidad. La temperatura influye en el sentido de que, cuanto mayor es su calor, menos densa es el agua, por lo que las aguas más calientes se encuentran en la superficie. Estas variaciones en temperatura y densidad tienen una influencia trascendental en todos los procesos físicos, químicos y biológicos.

Otro tipo de cambios en la temperatura del agua del mar son las variaciones diurnas, que sólo se notan en las capas superficiales, ya que en la profundidad son prácticamente nulas. En pleno océano, oscilan de 2 a 4 décimas de grado centígrado, pero cerca de algunas costas pueden llegar a ser varios grados. Las variaciones diurnas dependen de las condiciones meteorológicas locales siendo mayores cuando el día presenta un cielo limpio y sin viento, disminuyendo cuando éste sopla y existe nubosidad; y de los cambios de temperatura de la atmósfera entre el día y la noche. Generalmente éstas son más evidentes en verano que en invierno.

La temperatura del agua del océano desciende conforme los mares están más cerca de los polos, en donde,

en el mar abierto, se alcanzan temperaturas superficiales aproximadamente de 6 décimas de grado centígrado, encontrándose ya cerca del punto de congelación del agua salada. A medida que se congela el agua de estos mares se desprende de la sal que contiene; así, las partículas de hielo que se forman en el fondo de las aguas polares tienden a flotar, por ser más ligeras que el agua que las rodea, y llegan hasta la superficie.

En el Antártico el clima extremoso que se manifiesta en invierno enfría al mar, formándose una capa de hielo de agua dulce sobre la superficie y otra muy densa de agua salada y fría en el fondo. Por su peso esta agua profunda resbala lentamente sobre la plataforma submarina que rodea la Antártica y cae en el abismo del mar abierto, convirtiéndose en la Corriente del Fondo del Antártico.

En los mares polares la superficie se cubre de pequeños cristales por la acción del viento frío que sopla en el invierno. Estos cristales, en forma de escamas, de 2 a 4 centímetros de longitud, flotan, se aglomeran y se extienden en una superficie plana. Algunos se orientan verticalmente y se van engrosando en su parte inferior en donde fijan la sal, formando un hielo poroso y poco resistente; cuando esta capa de hielo tiene 10 centímetros de espesor no soporta el peso de un hombre; en cambio el hielo de agua dulce del mismo espesor resiste cargas más considerables.

Cuando se incrementa el frío, el hielo aumenta de espesor, los bloques sueltos se sueldan entre sí y se forma la denominada banca polar o pack-ice, que impulsada por el viento, inicia su migración alrededor del continente Antártico o su lenta deriva hacia el ecuador. En primavera, por la acción de los vientos que se han calentado por el Sol, la banca polar empieza a licuarse. El agua, cargada de sal, forma grandes burbujas que al fundirse producen ondulaciones en la superficie de la banca.

No todo el hielo llega a fundirse en el verano, y en el otoño se conservan porciones en forma de hielo abarrancado, ondulado, de color oscuro, llamado hielo viejo, muy diferente del hielo nuevo, que se forma cada año y que es claro y de superficie lisa.

Además de esta banca polar formada por agua marina helada, existe otra categoría de los hielos que se desplazan a la deriva, flotando sobre los mares polares, empujados por el viento y las corrientes: los icebergs, formados por agua dulce congelada, a diferencia de la banca polar, que se compone de agua marina helada.

En la enorme extensión del Continente Polar, a partir de los glaciares, se originan los grandes icebergs antárticos que presentan forma tubular, y algunos alcanzan gigantescas dimensiones, por ejemplo: 10 kilómetros de ancho, 100 kilómetros de largo, y 90 metros de altura desde el nivel del mar, tomando en cuenta que la parte sumergida es 9 veces mayor que la que emerge.

En cambio, los icebergs del Ártico tienen formas menos regulares; raramente poseen la tubular. Proceden del casquete glaciar de Groenlandia, y descienden hacia el sur, empujados por la corriente fría del Labrador, constituyendo un grave peligro para la navegación. Claro ejemplo de este peligro es el conocidísimo accidente que sufrió el barco Titanic.

Estas moles de agua dulce congelada marchan a la deriva en medio de la banca polar empujadas por el viento, aunque en algunas regiones no llevan su misma dirección, debido a que la parte sumergida del iceberg es muy profunda y éste es movido por corrientes submarinas de dirección distinta a la del viento, que es el que mueve la banca.

Figura 6. Iceberg a la deriva.

Una vez librados de la banca polar, los icebergs del Antártico suben al norte donde van encontrando aguas cada vez más calientes, que aceleran su fusión. Si la fusión es más rápida en el agua que en el aire, el iceberg se voltea y se disuelve con mayor rapidez. Cuando llega al estado final de su destrucción, no queda nada de la colosal imagen que tenía al desprenderse de su glaciar madre y las corrientes inician su desplazamiento hacia el ecuador.

Mientras los parajes del Polo Sur están constituidos por un vasto continente, rodeado por el Océano Antártico formados por los mares de Wedell, de Amundsen, de Ross, entre otros, y limitados por los tres océanos: Pacífico, Atlántico e Índico; los del Polo Norte se encuentran en un mar interior llamado Océano Glacial Ártico. La mayor parte de la superficie de este océano se halla recubierta por los hielos, que forman la banca polar, en la cual no existen corrientes violentas y sus desplazamientos sólo los caracteriza una lenta deriva que va del Pacífico al Atlántico.

A la banca polar que recubre la mayor parte de los mares árticos como los de Laptev, Siberia Oriental, Beaufort, Groenlandia, Barents y Kara, en conjunto se le ha llamado "Mediterráneo Ártico". En este océano se presenta una corriente de lento movimiento que hace derivar los hielos del estrecho de Behring hacia el Atlántico, donde se funden. Esta deriva fue comprobada entre 1893 y 1896 por el barco noruego Fram, el cual después de quedar bloqueado por los hielos a la altura de las costas de Siberia fue liberado cerca de Spitzberg al norte del mar de Barents.

Los hielos de la banca polar, por formarse a costa del agua salada, presentan un espesor menor que el de los icebergs, ya que esta agua requiere de una temperatura más baja para congelarse, y se forma durante el invierno; al llegar el verano se funde parcial o totalmente.

Por la retención y aporte de agua, la función de la banca polar y de los icebergs es importante en los fenómenos oceanográficos, ya que ambos contribuyen al enfriamiento y desalado de las aguas superficiales. Estos casquetes helados contienen el 3 por ciento del agua del planeta y su grosor en algunos sitios puede alcanzar los dos kilómetros; en caso de derretirse, el agua liberada elevaría 75 metros el nivel de todos los océanos.

Los icebergs deben evitarse siempre durante la navegación y, curiosamente, es posible hacerlo a través de la banca polar utilizando los llamados barcos rompehielos. Uno de los más famosos es el rompehielos soviético Lenin, propulsado por energía atómica: puede romper capas de hielo de hasta 6 metros de espesor, reblandeciéndolas por medio de agua caliente, abriéndose paso con su acerada proa impulsada por el peso del buque y la acción de grandes propelas.

Esta dinámica de la temperatura en el océano se complementa cuando éste pierde calor por la irradiación

directa de la superficie del mar hacia la atmósfera. Por esta razón el océano es un gran termorregulador que tiene una marcada influencia en los climas del planeta. Este intercambio de calor entre el mar y la atmósfera se incrementa por las corrientes que son más activas en la superficie del mar, ya que la difusión del calor es más rápida cuanto mayor es el grado de turbulencia de las moléculas que forman el agua del mar; por ejemplo, la corriente de Kuro-Shivo en el Pacífico occidental, al llevar un gran volumen de agua en movimiento, transmite a la atmósfera mucho calor desde las aguas ecuatoriales hasta las latitudes altas.

Otro proceso que interviene en la dinámica de la temperatura oceánica es la evaporación, que desempeña el papel principal en los cambios térmicos entre la atmósfera y el mar. La evaporación aumenta de acuerdo con el calentamiento que ejerce el Sol sobre la superficie del agua del mar; representa el 55 por ciento del calor que pasa del océano a la atmósfera.

Desde el punto de vista meteorológico, la evaporación causa la formación de nubes, nieblas, precipitaciones atmosféricas y las variaciones térmicas del aire. El oceanógrafo alemán Wüst obtuvo, en 1936, el valor medio de la evaporación en la superficie del mar, al que asignó la cifra de 93 centímetros por año; para toda la masa oceánica este valor representa 334 000 kilómetros cúbicos de agua por año, de los cuales retornan al mar, directamente en forma de precipitaciones atmosféricas, 297 kilómetros cúbicos, mientras que los otros 37 caen sobre los continentes, para volver, por las corrientes fluviales, al mar, de donde la evaporación los vuelve a transformar en nubes.

En las regiones templadas y polares, tanto la evaporación como la transferencia de calor son mayores en invierno que en verano, ya que en esa época el mar es más caliente que la atmósfera.

Estos cambios de temperatura de las aguas oceánicas no sólo influyen en la dinámica del mar y de la atmósfera, sino que constituyen uno de los factores principales que intervienen en la distribución de los organismos marinos, la forma de los seres vivos y la velocidad con que se llevan a cabo sus reacciones metabólicas. Por todo esto es importante contar con los mapas que describan las características de la temperatura de las aguas del océano.

Para construir estos mapas, los oceanógrafos físicos, utilizando básicamente los termómetros de mercurio, los termómetros eléctricos y los batitermógrafos, han establecido las relaciones de la temperatura en diferentes áreas del océano, uniendo los puntos que presentan la misma temperatura con líneas continuas llamadas isotermas.

IV. LA LUZ, EL CALOR Y LA TRANSPARENCIA EN EL OCÉANO

EN LOS últimos años se ha generalizado en las playas el uso de visores submarinos, con los que se puede observar los maravillosos escenarios que ofrece el fondo del mar. El buceador admira, sin necesidad de sumergirse a grandes profundidades, la diversidad de colores y formas de las algas, las elegantes esponjas, los señoriales corales y abanicos de mar, las gráciles estrellas marinas, los misteriosos peces que se mueven rápidamente por estos interesantes paisajes submarinos.

La posibilidad de observar toda esta fascinante vida submarina se debe en primer lugar a las radiaciones luminosas que llegan del Sol, que tienen la propiedad física de propagarse en el medio líquido, y en segundo lugar, al visor, que pone una capa de aire entre los ojos y el agua del mar.

Esta propiedad de la luz de dispersarse en el agua del mar no es igual en las diferentes zonas oceánicas y en las distintas profundidades. Se ha podido comprobar que en los mares con aguas frías la luz penetra menos y, a una profundidad de 400 metros, la oscuridad del agua oceánica es comparable con la de la noche menos iluminada.

La propagación de las radiaciones luminosas en el océano se explica por las propiedades fisicoquímicas del agua y por las características físicas de la luz, que a su vez tienen gran importancia en los fenómenos biológicos que se suceden en el mar.

Los factores fisicoquímicos que influyen sobre las propiedades de la luz son la transparencia, es decir, la cantidad de luz que se transmite en el agua del mar; la absorción, o sea el grado de radiación retenida, y la turbidez, que consiste en la reducción de la claridad del agua por la presencia de materia suspendida.

Las propiedades físicas de la luz son: la reflexión, proceso por el que la superficie del agua del mar devuelve a la atmósfera una cantidad de la luz que incide sobre ella; la refracción, el cambio de dirección que sufre la luz al entrar a un medio de diferente densidad, y la extinción, que es el grado en que disminuye la luz al ir penetrando en el medio marino.

El agua de los océanos se encuentra formando capas horizontales que tienen propiedades ópticas muy semejantes, por lo que la cantidad de luz que penetra depende de la que incide y de la que se refleja, siendo las características de la superficie del mar elementos importantes para esta penetración. En mares con espuma producida por una agitación intensa y en los que están cubiertos por hielos, la reflexión es mayor y, por lo tanto, la penetración de la luz menor.

El ángulo con el que inciden los rayos sobre el agua cambia durante el día: penetra más luz al término de la mañana y al inicio de la tarde, en todas las latitudes, debido a que el ángulo de incidencia se incrementa cuando el Sol pasa del mediodía.

En el agua del mar el índice de refracción se modifica de acuerdo con la salinidad y la temperatura, siendo mayor cuando se incrementa la concentración de sales y disminuye la temperatura.

Cuando un rayo de luz solar incide en el agua del mar, parte de sus radiaciones son absorbidas y transformadas en calor, y la otra parte es dispersada por las propias moléculas del agua, así como por las partículas en suspensión o por los microorganismos que viven en ella.

La luz solar está formada por radiaciones de diferente longitud de onda que constituyen el espectro visible, también llamado arco iris. Estas radiaciones son absorbidas, de manera distinta, por el agua del mar. Así, las radiaciones rojas y anaranjadas del espectro son más rápidamente absorbidas que las verdes, las azules y las violetas. Esto provoca que en aguas profundas el extremo rojo del espectro esté ausente mientras el verde-azul se hace más visible.

Este fenómeno está relacionado con la presencia, en el agua del mar, de compuestos nitrogenados como el amoniaco, los nitratos y las proteínas, que reducen la penetración de la luz en el agua, es decir su transparencia.

Cuando el agua del mar contiene pocas sustancias en suspensión o pocos organismos, las radiaciones azules son las que penetran a mayor profundidad, y pueden llegar a los bordes inferiores de los bancos continentales a 400 metros. En las aguas con turbidez, son las radiaciones verdes y amarillas las que más profundamente pueden penetrar, llegando las primeras a 200 metros, y las segundas a 100 metros, mientras que las rojas-anaranjadas y las violetas solamente alcanzan, cuando mucho, los primeros 20 metros.

Las mayores profundidades a las que se ha registrado transparencia es a 700 metros en el Océano Atlántico, a 800 metros en el Mar Mediterráneo y hasta a 950 metros en el Mar Caribe, pero el promedio de la penetración de la luz se ha calculado en 200 metros.

Esta dispersión de las radiaciones luminosas es más intensa cuanto mayor es su longitud de onda, lo que se traduce, a su vez, en una menor capacidad de penetración en el seno del agua del mar o en una menor transparencia de ésta para aquellas radiaciones. Al absorberse las radiaciones desaparece la zona rojo-anaranjada del espectro solar, y así se comprende por qué el agua del mar presenta un tono azul cuando se observa desde arriba.

El color del mar cambia entre el azul oscuro y el verde y llega, incluso, al pardo a lo largo de las costas en los diferentes mares. En el litoral generalmente muestra una coloración verdosa o pardo-amarillenta, por la presencia de moléculas en suspensión. En aguas distantes a esta zona aparece el color azul, ya que existe menor cantidad de partículas en suspensión y microorganismos planctónicos, por lo que se ha afirmado que el azul es el color de los desiertos del océano abierto. Sin embargo, durante la expedición del Kon-Tiki en el Pacífico, se comprobó la presencia de una numerosa fauna marina en el centro de los grandes océanos, por lo que se pueden observar en ellos colores verdes, amarillos y pardos.

Los organismos microscópicos que presentan coloraciones propias pueden modificar el color del agua del mar, y es así como las aguas pardas del Golfo de California, llamado Mar Bermejo, y las del Mar Rojo tienen este color debido a la presencia de vegetales microscópicos llamados algas, o a la de minúsculos animales dinoflagelados que poseen estas coloraciones.

Cuando la cantidad de dinoflagelados coloreados aumenta en el agua del mar, y llegan aun a existir diez millones de individuos por milímetros cúbico de agua, forman lo que se conoce con el nombre de "marea roja," al transmitirle esta coloración al agua.

La cantidad de materia orgánica que contiene en suspensión el agua del mar hace que la intensidad de la luz decrezca en el sentido de su propagación, debido a que es absorbida por estas partículas; a este fenómeno se le llama coeficiente de absorción o de extinción de la luz, y es el que proporciona la correspondiente transparencia del mar. Muchos estudios de las propiedades físicas del mar lo han medido utilizando un disco blanco, de 30 centímetros de diámetro, ideado por el italiano Secchi.

El disco de Secchi se sumerge lastrado con un peso que se le cuelga en el centro de la cara inferior, y se observa desde la superficie; luego se anota la profundidad a la que el disco desaparece de la vista, siendo ésta la profundidad aproximada a la que penetran las radiaciones luminosas de acuerdo con la coloración que tenga el mar en el momento. Este método es poco preciso, ya que en la desaparición del disco a determinada profundidad intervienen factores como la altura del Sol y la claridad del cielo, entre otros.

Experiencias realizadas en un crucero de investigación que se llevó a cabo utilizando el barco alemán Deutschland, demostraron que el disco de Secchi se hacía invisible a 35 metros de profundidad cuando el mar tenía color azul oscuro; a 27 metros para el color azul; 18 metros para el azul verdoso; 12 metros para el verde azulado y 9 para el verde, y en aguas que presentan una coloración azul intensa, como es el caso de las del Mar de los Sargazos, el disco se ve, en días transparentes, hasta profundidades de 66 metros.

Se han diseñado aparatos que permiten registrar la intensidad de las radiaciones luminosas que penetran en el agua del mar, como las placas pancromáticas y las celdas fotoeléctricas.

Por ejemplo, en el Mar de Azores, durante el mes de junio a las 12 horas del día y con cielo despejado, se registraron radiaciones de luz a 1000 metros, perdiéndose hasta los 1700 metros.

Figura 7. Disco de Secchi

Con estos aparatos se ha podido conocer el coeficiente de extinción de la luz en el agua del mar para las diferentes radiaciones del espectro, y se ha comprobado que los rayos azules son los que penetran más adentro y que los infrarrojos y los rojos lo hacen menos.

Esto explica el porqué, cuando se utiliza el visor para ver a poca profundidad, aparecen azulados los colores de los organismos de la flora y la fauna, y los tonos que todavía se observan tienden a ser violeta. Cuando se llega a profundidades de 20 metros en adelante, los buzos con escafandra se encuentran sumergidos en un mundo en el que el azul es el color dominante y ha desaparecido por completo el rojo.

Figura 8. Penetración de la luz en el agua del mar.

Sin embargo, si con la ayuda de potentes reflectores se iluminan zonas profundas del mar, se observan en la flora y la fauna submarinas nuevamente sus colores reales, entre los que se encuentran el rojo, el amarillo y el verde; esto genera varias incógnitas: ¿por qué y para que presentan colores vivos los animales y las plantas en las aguas profundas? y ¿cómo los observan otros organismos?

Tomando en cuenta la penetración de la luz en el agua del mar, y los efectos que la turbidez, producida por las sustancias en suspensión y los microorganismos, puede tener sobre dicha penetración, el mar ha sido dividido en varias zonas sucesivas: la primera se extiende desde la superficie hasta unos 200 metros de profundidad y recibe el nombre de zona fótica, que se subdivide en dos estratos: la zona eufótica, de los O a los 100 metros aproximadamente, y la zona disfótica, de los 100 a los 200 metros más o menos, pudiendo llegar hasta profundidades de 1 000 metros.

La segunda es la zona afótica, que comienza a los 200 metros y se extiende hasta los 4 000 metros de profundidad, en donde se encuentran aguas que no reciben ninguna luz, y la única que puede existir es la producida por algunos organismos en el fenómeno llamado bioluminiscencia.

Por debajo de la zona afótica se localiza una tercera zona, la abisal, que abarca las máximas profundidades de los océanos y presenta las mismas características que la afótica.

El color y la transparencia del agua del mar pueden ser cambiados por la acumulación de detritus: pequeñas partículas terrígenas procedentes de los cauces fluviales que después de las grandes lluvias en las zonas costeras, llegan al mar y entonces el agua toma una coloración parda diferente a la que generalmente presenta en las costas.

En el mar, la luz representa un elemento indispensable para la vida porque de ella proviene la energía que utilizan los seres vivos. También interviene en otras de sus funciones, como la visión: los animales presentan diferentes órganos fotorreceptores, por ejemplo los ojos simples de las estrellas de mar o los complejos de los pulpos y de los peces; asimismo determina la fotoperiodicidad, es decir, la duración de los periodos de luz y oscuridad a que está sometido un organismo y en los cuales realiza sus diferentes funciones, como en ciertas especies de peces en que establece la época de reproducción la intensidad de la luz.

Por lo anterior, es importante entender los cambios periódicos, estacionales y regionales de la luz en el mar, para comprender cómo se distribuyen los organismos y cuál es su abundancia, ambas cosas de importancia para la subsistencia del hombre.

El conocimiento de las propiedades ópticas del agua del mar ha permitido construir cámaras de fotografía, cinematografía y televisión submarinas. El empleo de estos aparatos es posible cuando el agua es lo suficientemente transparente para permitir la visión de los objetos a cierta distancia, o cuando se utiliza iluminación artificial.

Todo lo anterior ha llevado, en los últimos años, a obtener un significativo progreso en el estudio del comportamiento de la luz en los océanos.

V. PROPAGACIÓN DEL SONIDO EN EL MAR

EL SONIDO es producido por el movimiento vibratorio de las moléculas de una sustancia elástica. La energía mecánica de propagación del sonido se absorbe en el medio por el cual se propaga, y que puede ser gaseoso, líquido o sólido, produciéndose una variación en la intensidad del sonido, que es mayor o menor según el medio en el que se absorbe. Esta absorción se debe a la fricción de las ondas con el medio, y a su transformación en calor.

En el agua, los sonidos se propagan con mayor rapidez y menor pérdida de energía que en el aire; las ondas sonoras y ultrasonoras se transmiten en el mar a una velocidad entre 1 400 y 1 600 metros por segundo, mientras que en la atmósfera la velocidad de propagación es de 340 metros por segundo. Esto se debe a que el agua del mar no se encuentra comprimida, es decir, no se puede reducir a un menor volumen, por lo que la absorción de las ondas sonoras es mínima, contrariamente a lo que sucede en la atmósfera, en donde los sonidos se absorben a distancias muy cortas.

Es notable la diferencia de volumen del sonido cuando se golpean entre sí dos objetos duros en el aire o dentro del agua, y también se puede observar que, al introducir la cabeza en el agua del mar, se oye desde muy lejos el ruido de los motores de las embarcaciones.

Por las características del agua del mar la velocidad de propagación del sonido cambia de acuerdo con las variaciones de temperatura, salinidad y presión. Cuanto más altas sean estas características del agua, tanto mayor será su velocidad. Por ejemplo, en agua dulce, a una temperatura de 30ºC, es de 1 509.6 metros por segundo, mientras que en el agua del mar, con la misma temperatura, pero con una concentración de sales de 35%, será de 1 546.2 metros por segundo.

Los oceanógrafos han estimado que cuando la temperatura aumenta en un grado centígrado, la velocidad del sonido lo hace en 2.5 metros por segundo; si la salinidad se incrementa en 1%, la velocidad presentará 1.4 metros por segundo de más; y si la presión sube 10 atmósferas, al bajar 100 metros de profundidad, el sonido registra 1.8 metros por segundo de ascenso.

El efecto de la temperatura es considerablemente mayor que el de la salinidad y la presión en las aguas superficiales, debido a que en ellas alcanza sus máximos valores y presenta rápidas variaciones; pero conforme aumenta la profundidad, la acción de este factor pierde importancia.

Se debe tomar en cuenta que la presión es una función de la profundidad y, por lo tanto, en aguas bien mezcladas, la velocidad del sonido aumentará con la profundidad.

En los primeros 50 metros de profundidad se encuentra que la acción de la presión sobre la velocidad del sonido es mínima, y como la temperatura suele mantenerse constante, el incremento de la velocidad del sonido es poco, a menos que se presente un cambio de la temperatura, lo que ocasionará una variación proporcional en la velocidad.

Por debajo de los 50 metros y hasta los 300 metros, la disminución de la velocidad es rápida por serlo también la de la temperatura; pero a partir de esta profundidad la acción de la temperatura es contrarrestada por el aumento de la presión y de la salinidad, y esto se traduce en un crecimiento de la velocidad, el cual se acentúa conforme se acerca al fondo, por ser dominante en este estrato el efecto de la presión.

En lugares con fondos poco profundos es posible medir con exactitud estos factores desde la superficie hasta el fondo y conocer con precisión la distancia que recorre el sonido; pero en las grandes profundidades surgen errores en la apreciación de esta distancia. A poca profundidad, el error puede llegar a ser del orden de 10 a 20 centímetros, mientras que en los fondos superiores a los 5 000 metros, éste

alcanza de 30 a 40 metros, siempre y cuando se haya registrado cuidadosamente la velocidad del sonido a través de las sucesivas capas de agua.

Al atravesar los estratos del mar, el sonido experimenta fenómenos de reflexión y de refracción como los que fueron descritos para la luz.

La superficie y el fondo del mar, así como cualquier objeto sumergido de tamaño considerable provocan la reflexión del sonido, mientras que los estratos que forman el agua del mar son los responsables de que cambie la velocidad del sonido, provocando que la dirección de las ondas se desvíe dando lugar a la refracción.

Figura 9. Refracción y reflexión del sonido.

En las zonas donde la temperatura se mantiene constante con la profundidad, las ondas sonoras no sufren refracción; cuando decrece, se refractan hacia el fondo; y donde la temperatura aumenta lo hacen hacia la superficie. Cuando hay refracción hacia abajo, el sonido que llegue eventualmente al fondo del mar sufrirá en él absorción, pero se, reflejará como un "eco del fondo" hacia la superficie para refractarse nuevamente.

Los objetos aislados, regulares y de mayor tamaño que la longitud de onda del sonido sobre los que llega una emisión sonora, producen reflexión del sonido fuerte y bien definido, lo que se reconoce como eco; pero los objetos que son pequeños, irregulares y numerosos originan muchos ecos débiles que se repiten sucesivamente propagándose en todas direcciones y sobreponiéndose para causar la llamada reverberación del sonido.

Los sonidos que presentan una frecuencia de 25 a 10 000 vibraciones por segundo son registrados por el órgano auditivo humano, pero existen otros que sobrepasan este último valor y que reciben el nombre de ultrasonidos, los cuales el hombre no percibe, sin embargo, algunos animales sí.

Cuando un haz de ondas ultrasonoras se proyecta verticalmente hacia abajo en el agua del mar, su velocidad varía progresivamente a medida que aumenta la presión; también se observan variaciones de velocidad, irregulares e imprevisibles en las capas superficiales debido a la temperatura y la salinidad de ellas. Si el haz se proyecta horizontalmente, las variaciones son de menor importancia, porque la presión constante y la estratificación del agua, prácticamente horizontal, hacen que las ondas se propaguen en un medio de densidad constante.

Los cambios en la velocidad del sonido y del ultrasonido modifican el intervalo necesario para que una señal recorra el trayecto entre dos puntos dados, por lo que las ondas sonoras desempeñan un papel sumamente importante en la medición de las distancias y en otros métodos de señalización a través del agua del mar.

El conocimiento de la propagación del sonido en el mar ha permitido la construcción de aparatos acústicos para medir la profundidad y las distancias en el mar, como las sondas de eco o ecosondas, que posteriormente han sido sustituidas por la sonda ultrasónica. Estos aparatos no serían útiles en el aire, porque en él las ondas se absorben a distancias muy cortas.

Los servicios de navegación y de protección de costas de algunos países industrializados publican tablas en las que se dan instrucciones sobre la propagación de las ondas sonoras y ultrasonoras en el agua del mar. Gracias a esto, se ha podido evitar grandes errores en cuanto se refiere a la determinación de la profundidad de las aguas y se ha logrado hacer más segura la navegación.

Durante los últimos veinte años los buques mercantes y de guerra han ido aumentando el uso de una variedad de instrumentos en los cuales la información sobre el sonido en el mar desempeña un importante papel. En toda esta fase de desarrollo, ingenieros y físicos dedicaron los mayores esfuerzos al equipo tanto emisor de las ondas como al receptor.

Las flotas pesqueras más modernas utilizan métodos acústicos para la localización de peces y para conocer la topografía del terreno, con lo que permiten al pescador aumentar sus capturas y mejorar sus posibilidades de éxito.

En el estudio de la propagación del sonido en las aguas del océano hay que tomar en cuenta un fenómeno del que, actualmente, se tienen escasos conocimientos, y es el hecho de que diversas formas de vida marina son capaces de emitir sonidos. Esto abre un nuevo campo de investigación para entender el comportamiento de estas especies sónicas y lograr al máximo su aprovechamiento y conservación.

VI. LAS MASAS DE AGUA. CONVERGENCIA Y DIVERGENCIA

LA EXPERIENCIA ha demostrado que la temperatura y la salinidad del agua del mar guardan entre sí una relación que caracteriza a ciertos volúmenes de agua localizados a diferentes profundidades en un punto geográfico determinado, y a los que se les denomina masas de agua, como las que se encuentran en el Mediterráneo y en el Antártico.

El océano está formado por un conjunto de masas de agua de características fisicoquímicas diferentes y que corresponden a lo que los meteorólogos llaman masas de aire; sin embargo presentan movimientos más regulares que estas últimas e influyen en una gran variedad de procesos oceánicos, en especial, en la producción y modificación de las corrientes.

En general, las masas de agua se distinguen unas de otras por su temperatura y su salinidad y se pueden representar por una curva que se construye con los puntos que describe gráficamente la relación que guardan entre sí estas dos características del agua del mar, en un volumen determinado.

La manera de representar esta relación entre la temperatura y la salinidad —diagrama temperatura-salinidad— es trazando una curva —curva de temperatura-salinidad— en los ejes de coordenadas, en la que las temperaturas se colocan en las ordenadas y las salinidades en las abscisas. En esta curva quedan representadas las características de una masa de agua en particular; es común que para 0.1 por mil de salinidad, corresponda 1°C de temperatura.

Estas dos características se deben tomar en cuenta para determinar los caracteres diferenciales de las masas de agua. No es suficiente sólo una de ellas, ya que las otras propiedades del agua del mar, como la densidad, son el resultado de esta relación, y para obtener el valor de la densidad se tiene que partir de medir la temperatura en relación con la salinidad.

El oceanógrafo noruego Hellan Hansen propuso hacer uso de la relación entre la salinidad y la temperatura para caracterizar una masa de agua, ya que, por ejemplo, pueden existir dos masas iguales en densidad, pero que varíen en temperatura y salinidad. Según Hansen, una masa de agua queda perfectamente definida por el diagrama de temperatura-salinidad.

Cuando en estas masas de agua la relación entre la temperatura y la salinidad es uniforme, se dice que se está en presencia de una masa de agua tipo. Esto se observa excepcionalmente en el océano y sólo se localiza en algunas cuencas donde el agua es homogénea desde la superficie hasta el fondo, o también en profundidades relativamente grandes.

En general, las masas de agua no son homogéneas y presentan cierta mezcla; sin embargo, están definidas por un contorno que se denomina playa. Cada masa de agua quedará definida por su playa y los puntos en donde se entrecruzan dos playas, indican que existe mezcla entre diversas masas de agua.

El estudio de las diferentes masas de agua y, por lo tanto, de la determinación de la densidad producida por la relación temperatura-salinidad, es una de las operaciones de gran importancia para la oceanografía física, debido a que crea los conocimientos para entender toda la dinámica del océano y proporciona las bases para establecer la síntesis sobre los movimientos del agua del mar.

De una manera general, la interpretación y utilización de los resultados obtenidos después de determinar la temperatura, la salinidad y de calcular la densidad, es una operación larga y relativamente complicada: se tiene que recordar que la temperatura del agua del mar varía en las capas superficiales influidas por las estaciones del año; la temperatura máxima se presenta a fines del verano y la mínima a principio de la primavera. También varía esta temperatura de acuerdo con las profundidades: si, por ejemplo, en la superficie se registran l0°C, a 100 metros de profundidad se presentarán solamente 4°C, suponiendo que

ningún movimiento vertical haya venido a perturbar la estratificación de las aguas.

Además de estas variaciones anuales y de profundidad, la temperatura del agua del mar está afectada por una variación diurna, sensible únicamente muy cerca de la superficie. Las variaciones diurnas tienen mayor significado en el ecuador y disminuyen a medida que aumenta la latitud.

En lo concerniente a la salinidad, el valor de ésta varía de una manera uniforme a lo largo de los meridianos en tres de los grandes océanos del globo: Pacífico, Atlántico e Índico. Existe un mínimo en el ecuador y dos máximos, uno a 25° de latitud norte y otro a 30° de latitud sur.

Con base en las variaciones de la temperatura y la salinidad, en un corte vertical, la distribución de las densidades del agua oceánica suele presentarse estable, es decir que las aguas ligeras se localizan sobre las más pesadas que ellas; cuando se encuentran diferentes densidades a lo largo de una masa de agua horizontal se debe a la existencia de corrientes de la zona.

En la superficie del agua del mar es donde se presentan los cambios de densidad, que puede disminuir por la elevación de la temperatura, las precipitaciones, la fusión de los hielos y el aporte de las aguas fluviales que llegan desde los continentes; en cambio, la pueden aumentar el descenso de la temperatura, la evaporación y la congelación.

Las características que tienen las masas de agua, y en especial su temperatura y salinidad, son adquiridas mientras la masa de agua se encuentra en la superficie sometida a la acción de los procesos que afectan estas propiedades, y es por esto que se les califica como agua reciente, a la vez que se considere a las de los grandes fondos marinos como aguas antiguas. Por medio de la utilización de isótopos radiactivos, se ha logrado calcular la edad de las aguas frías del fondo del Atlántico, y se estima que tienen 400 años, mientras que las del Pacífico tienen 1 500 años.

CUADRO 1. Relación de la salinidad y la temperatura de las masas de agua superficiales del océano.

MASAS DE AGUA SALINIDAD 0/00 TEMPERATURA °C

Agua antártica 33.80 - 34.762.0 - 6.1

Agua subantártica 33.70 - 34.80 5.0 - 10.0

Agua atlántica sur 34.57 - 35.707.5 - 18.0

Agua atlántica norte 35.03 - 36.207.5 - 18.0

Agua mediterránea 35.00 - 36.50 4.0 - 12.0

Agua índica 34.50 - 35.717.7 - 16.0

Agua pacífica sur 34.47 - 35.646.2 - 17.0

Agua pacífica norte 34.02 - 34.749.0 - 17.05

Cuando el agua abandona la superficie al hundirse y distribuirse según su necesidad, se modifican sus propiedades adquiridas al mezclarse con las características de otras masas de agua. Por lo tanto, los procesos que se llevan a cabo en la superficie, así como las mezclas que se hacen en las profundidades, son las causas que dan lugar a la formación de masas de agua, y esta formación depende, principalmente, de las condiciones climáticas y las características geográficas del área en que se encuentra, la topografía del fondo y las corrientes que hay en la zona.

Cabe entonces considerar que toda masa de agua tiene su origen en el agua que estuvo alguna vez en la superficie y que se ha formado de la mezcla de tipos de agua que se están renovando continuamente, porque de lo contrario se llegaría a la obtención de un solo volumen de agua uniforme.

Entre dos masas de agua próximas se encuentran los llamados estratos de transición, que presentan características combinadas de las masas de agua adyacentes.

Las masas de agua de una región determinada se van caracterizando, según los procesos que los originaron, de acuerdo con su situación geográfica, el grado de aislamiento de esa región respecto de las que son adyacentes y el movimiento de las aguas que permiten su mezcla.

Si en una zona determinada se hace un perfil vertical del océano, se pueden distinguir cinco tipos principales de masas de agua, aunque no siempre se encuentran los cinco presentes: masa de agua superficial, superior, intermedia, profunda y por último una masa de agua de fondo; que además reciben nombres particulares según el océano y región de éste en donde se localizan.

El agua superficial se encuentra, en general, como una capa de 150 metros de espesor, muy influida por los procesos externos y las corrientes; y por lo tanto, sus características varían según la región y la época del año, principalmente en las latitudes medianas.

Se considera que el agua superior está localizada entre los 150 y 700 metros de profundidad, separada de la anterior por una zona bien delimitada de temperatura (la llamada termoclina), y se origina del hundimiento del agua superficial, en movimientos llamados de convergencia.

El agua intermedia resulta también del agua superficial que se hunde por una convergencia, o de la que se ha formado como agua profunda en una cuenca y derramado por fuera de ella; se encuentra entre los 700 y los 1500 metros de profundidad.

El agua profunda es la que generalmente está entre los 1 500 y los 3 000 metros y proviene de las altas latitudes por hundimientos de las masas que se localizan a menos profundidad.

La formación de las aguas de fondo se lleva a cabo por el hundimiento del agua superficial de alta salinidad que al enfriarse intensamente aumenta su salinidad y se desplaza alcanzando las grandes profundidades del océano.

Estos tipos de masas de agua de los océanos se presentan distintos en uno y otro hemisferio debido, principalmente, a la forma diferente en que se distribuyen los continentes y los mares, lo que constituye la base para la formación de las corrientes.

La masa de agua superficial se encuentra en constante cambio en los tres océanos a causa, principalmente, de la temperatura que, como ya se vio, al modificarse produce cambios en. la densidad y, por lo tanto, en la salinidad.

Cuando las masas de agua superior se extienden hasta los 40° de latitud se les domina masas de agua

centrales superiores y presentan una distribución semejante en los océanos del hemisferio Sur; pero no sucede así en el hemisferio Norte donde la del Océano Pacífico difiere de la del Océano Atlántico en cuanto a su relación temperatura-salinidad, siendo en el Atlántico la temperatura mínima en 2ºC menor que en el Pacífico, mientras que la salinidad presenta 2°/oo de más.

Por otro lado, también se tiene que hacer notar que las aguas centrales del Atlántico Sur y del Atlántico Norte están separadas por una región de transición que se extiende a los l0° de latitud norte; mientras que entre las correspondientes del Pacífico; se presenta una masa de agua ecuatorial de mayor extensión vertical que las aguas centrales, lo cual también se encuentra en el Océano Índico.

En el hemisferio Sur, entre las masas de agua centrales y la convergencia antártica, el agua superior está representada por la llamada agua subantártica con características diferentes en todos los océanos.

En el hemisferio Norte, donde la convergencia ártica se presenta sólo en las partes occidentales de los océanos, el agua subártica está confinada a una zona pequeña en el Atlántico Noroccidental, pero se extiende mucho en el Pacífico.

Debajo de las aguas superiores del Atlántico y el Pacífico se localiza el agua intermedia ártica, y en las latitudes bajas y medias de todos los océanos está el agua intermedia antártica, que se extiende hasta los l0° norte en el Índico y el Pacífico y hasta los 20° norte en el Atlántico.

La masa de agua intermedia sólo cambia en los océanos Atlántico e Índico con los aportes de agua que proceden del Mar Mediterráneo y los que vienen del Mar Rojo, dando lugar a la formación de agua intermedia mediterránea y agua intermedia del Mar Rojo.

La masa de agua profunda es más estable y está presente en todos los océanos; solamente sufre modificaciones en sus características al mezclarse con aguas intermedias en las altas latitudes del Atlántico Norte.

Por último, las masas de agua de fondo también son uniformes en los tres océanos, solamente junto al Continente Antártico, en especial en el Mar de Weddell y en la zona que colinda con el Océano Índico, se modifica, por mezcla también con aguas intermedias.

Las masas de agua se encuentran en constante movimiento y en ciertas partes del océano se produce el hundimiento de grandes cantidades de agua de la masa superficial; las que se localizan a menor latitud se hunden hasta formar masas de agua superior, y las que se ubican a mayor latitud lo hacen para formar masas de agua intermedia; a esta serie de fenómenos se le llama convergencia.

Dentro de los movimientos de convergencia que se presentan en los océanos, uno de los más notorios es el antártico, que rodea al planeta entre los 50° y 60° de latitud austral.

La convergencia ártica se localiza al noreste del Japón en el Pacífico y de Terranova en el Atlántico. Esta última está poco desarrollada y proporciona el agua para que se forme la masa de agua intermedia ártica.

Las convergencias subtropicales se presentan poco definidas y se extienden entre las latitudes de los 35° y los 40° de ambos hemisferios y de ellas resultan las aguas centrales.

En las convergencias tropicales, localizadas en las latitudes bajas, las aguas que se hunden sólo llegan a poca profundidad.

El agua que se dirige hacia zonas más profundas durante las convergencias generalmente regresa a la superficie, y cuándo esto sucede se presentan las llamadas divergencias, o también surgencias, que pueden encontrarse a lo largo del perímetro del Continente Antártico y en ciertos lugares frente a las costas occidentales de los continentes.

Figura 10. Movimientos de convergencia y divergencia del océano.

En estas zonas situadas frente al continente la acción de los vientos que soplan paralelamente a la costa es determinante para que se presenten los movimientos de divergencia, encontrándose las regiones de surgencia más importantes del planeta frente a las costas de California, Perú, Marruecos, África Sudoccidental y Australia Occidental.

También se producen estas surgencias cuando sopla el monzón del sudoeste frente a las costas de Somalia y Arabia, y cuando el viento del noreste sopla en el Golfo de Omán y la Bahía de Bengala. Al sur del ecuador y al norte de la contracorriente ecuatorial existen también dos divergencias bien desarrolladas.

En estas zonas de surgencia se logra alta producción pesquera, como es el caso de la de Perú, en donde se ha llegado a capturar hasta 12 millones de toneladas de anchoveta.

El estudio de las masas de agua de los océanos reviste gran interés para la oceanografía física y para el aprovechamiento de los océanos. Es por lo tanto, una especialidad apasionante y requiere de conocimientos físicos fundamentales para poder comprender toda la problemática del movimiento del agua el océano.

VII. LA CIRCULACIÓN OCEÁNICA

LAS fuerzas que actúan en el seno del océano son la gravedad terrestre y la presión: la primera varía con la latitud y la profundidad, y la segunda depende de la densidad, de la profundidad del agua y de la aceleración de la gravedad, alcanzando una magnitud de cambio de una atmósfera, es decir, 1.0333 kg/cm³, por cada 10 metros de profundidad. Estas fuerzas hacen que se presente una serie de movimientos de las masas de agua de los mares, que generan y modifican las corrientes oceánicas.

Las aguas de los océanos del mundo están sometidas a amplios movimientos durante los cuales grandes cantidades de esta agua; es decir el mar aparece surcado por corrientes: unas de gran velocidad, otras muy lentas; unas periódicas, otras intermitentes. A veces, las corrientes se convierten, tanto por su anchura, extensión y profundidad como por su permanencia, en los agentes principales de transporte del calor ecuatorial hacia los polos y del frío polar hacia las regiones tropicales, es decir, aportan el calor y la vida y, en ocasiones, el frío y la desolación.

Mientras unas favorecen la navegación, otras la impiden; tan pronto destruyen las rocas salientes de los cabos, como rellenan de arena las bahías, y lo mismo pueden llevar la vida de una isla a otra, que contribuir a su extinción bajo un régimen de frío polar.

Las corrientes cuyas múltiples consecuencias son de gran importancia, obedecen a leyes físicas; así, su estudio constituye un campo interesante de la oceanografía física que permite entrever los misterios del sistema circulatorio de la hidrósfera. El conocimiento actual sobre las corrientes oceánicas se basa parcialmente en los registros y mapas de los antiguos navegantes, quienes observaron que las grandes corrientes alteraban las rutas que ellos trazaban para sus navíos de vela. El investigador Matthew Fontaine Maury de la armada de los Estados Unidos, preparó las primeras cartas sobre las corrientes mundiales, basándose en esas observaciones.

Si bien todas las corrientes son movimientos de partículas fluidas, presentan categorías muy distintas entre sí, tanto por lo que se refiere a su origen, velocidad, dirección y límites; como por su importancia y sus repercusiones sobre el litoral y el clima de las regiones sobre las que tienen influencia. Cuando se observa el golpeteo de las olas sobre la playa o la dirección de una corriente, no se logra apreciar la cantidad de energía que contiene el proceso; pero si se multiplica por lo que presenta toda una masa de agua se puede comprender que es muy grande la energía gastada en la circulación oceánica.

La energía que origina a las corrientes en los mares procede principalmente del Sol. Cuando en la atmósfera se generan diferentes temperaturas por el calentamiento solar se producen los vientos, y éstos causan el movimiento del agua superficial del océano, que se suma a los desplazamientos de las masas de agua producidos por cambios de densidad, dando origen a las corrientes.

Sin embargo, éstas no son las únicas causas que producen la circulación oceánica: existen otros factores como el campo gravitacional, la rotación de la Tierra, la fricción, la fuerza de las mareas y la presión atmosférica.

En la dirección que siguen las corrientes oceánicas interviene el llamado efecto de Coriolis, que consiste en que todas las cosas que se mueven sobre la superficie de la Tierra se desvían lateralmente en sus trayectorias previstas. Este fenómeno fue descrito por primera vez en 1844 por el físico matemático francés G.C. Coriolis. Dicho efecto se debe a que la rotación es mayor en los polos, donde la Tierra gira más rápidamente, y disminuye hasta cero en el ecuador.

Por el efecto de Coriolis se observa que las corrientes en el hemisferio, norte se mueven hacia la derecha, mientras que en el, hemisferio sur lo hacen hacia la izquierda. En la fuerza y en el ángulo de desviación de las corrientes interviene, el efecto de Coriolis en combinación con la velocidad que produce la acción del

viento y la distancia que recorre la corriente.

Cerca del litoral pueden existir corrientes de poca intensidad; las grandes corrientes se presentan en el seno de las aguas y se pueden diferenciar en superficiales y de profundidad.

Las corrientes litorales o locales se caracterizan por ser periódicas, es decir que se observa en ellas regularidad, tanto en dirección como en velocidad, y generalmente se deben a las mareas, por lo que también se les llama corrientes de marea. Sus desviaciones en rumbo e intensidad son las más persistentes, lo que las puede hacer violentas y peligrosas, sobre todo en los sitios angostos en donde el valor de su velocidad sobrepasa los 10 nudos, por lo que las embarcaciones pequeñas y de escasa potencia son incapaces de luchar contra este tipo de corrientes.

Las corrientes de marea pueden ser alternantes, cuando conservan la misma dirección durante la pleamar, corriente que acompaña el avance del agua sobre la línea litoral, y toman dirección opuesta durante la bajamar, corriente que acompaña su descenso; o bien, giratorias, que son aquellas capaces de tomar, sucesivamente, todas las direcciones posibles mientras se verifican los cambios de marea.

Las corrientes superficiales transportan grandes cantidades de agua cálida del ecuador hacia los polos, distribuyendo el calor de los trópicos al resto del planeta; su circulación es independiente en los hemisferios Norte y Sur y tienen influencia hasta más o menos 2 000 metros de profundidad.

Las corrientes de profundidad se originan en los océanos Antártico y Ártico y se desplazan hacia el ecuador, pasando de un hemisferio al otro a través de los fondos oceánicos.

Las corrientes superficiales son aperiódicas y reciben este nombre porque no se observa en ellas regularidad alguna en la dirección ni en la velocidad, lo que se debe principalmente a la desigual distribución de la energía solar o a las caprichosas fuerzas de los vientos; estas corrientes pueden mover considerables masas de agua.

Algunos oceanógrafos distinguen tres grupos de corrientes aperiódicas y las han denominado de densidad, de deriva y de pendiente.

Las corrientes de densidad son aquellas que están básicamente ligadas a las diferencias de temperatura y salinidad y, por lo tanto, de densidad; se mueven a lo largo de las zonas de igual densidad a diferentes profundidades en el océano. A esta categoría pertenecen las grandes corrientes, como la Corriente del Golfo, la Corriente de Kuro-Shivo y la Corriente Ecuatorial: las tres transportan enormes masas de agua.

Las de deriva son causadas directamente por la acción constante del viento combinada con la fuerza de gravedad y el efecto de Coriolis. Si el viento sopla durante algún tiempo en una misma dirección, arrastra las partículas de la capa superficial y el movimiento se extiende progresivamente en profundidad a las demás capas hasta que toda la capa superficial se pone en movimiento.

Si la Tierra estuviese inmóvil, la corriente de deriva tendría la misma dirección que el viento, pero al entrar en juego las fuerzas de Coriolis, la corriente de superficie se desvía alcanzando, en ocasiones, ángulos hasta de 45 grados. A medida que aumenta la profundidad, el ángulo de desviación aumenta y la velocidad disminuye; a determinada profundidad, la corriente puede ser contraria a la dirección superficial, y su velocidad extremadamente reducida.

La cintura de agua marina que rodea al Continente Antártico está sometida al dominio de los vientos persistentes y violentos atmosféricos determinan una circulación oceánica superficial que hace girar incesantemente las agua antárticas en esta dirección produciendo las clásicas corrientes de deriva.

Como una consecuencia indirecta de las corrientes de deriva se producen las llamadas corrientes de pendiente, que consisten en que cuando una de deriva ha provocado una afluencia de agua en la costa, las aguas acumuladas muestran tendencia a deslizarse en sentido contrario, a causa de la pendiente así creada.

De manera general, los vientos costeros originan movimientos en los que resulta difícil distinguir entre las corrientes de deriva y las de pendiente, siendo únicamente en alta mar, en cuencas amplias y profundas, donde las corrientes de deriva pueden observarse claramente.

Los vientos originan movimientos litorales que afectan las masas líquidas hasta profundidades considerables; por ejemplo, en el Hemisferio Boreal, todos los vientos que soplan de la izquierda sobre el litoral son vientos de reflujo, mientras que los que provienen de la derecha son vientos de aflujo. Esto significa que los vientos procedentes de la izquierda hacen descender el nivel del mar, mientras que los que vienen de la derecha lo harán ascender. Para compensar este reflujo o este aflujo, se produce un movimiento en la superficie o en la profundidad de las aguas.

Los vientos de reflujo impulsan hacia alta mar las aguas superficiales, que son reemplazadas en la costa por las aguas profundas, mientras que los vientos de aflujo empujan hacia la costa las aguas de alta mar, que se hunden y vuelven hacia ella a cierta profundidad; por lo tanto, los vientos de reflujo dan origen a las surgencias, o sea, a un ascenso de las aguas profundas, mientras que los vientos de aflujo provocan las convergencias, es decir, el descenso de las aguas superficiales.

Las corrientes marinas son la causa determinante de las características del océano. Su conocimiento en general, pero principalmente el de las zonas costeras y las próximas a los estuarios, es de capital importancia para la navegación, por lo que las cartas hidrográficas de muchos países llevan señaladas la dirección y velocidad de las corrientes.

También se tiene que considerar que en las profundidades del océano se producen, a veces, grandes corrientes que no se reflejan en la superficie. Recorren el océano fuertes "olas internas" que no ha provocado ni el viento ni las tormentas, y el conocimiento de estos fenómenos resulta de suma importancia en nuestra era.

Si una de estas olas arrastra a un sumergible por debajo de su límite de profundidad, la nave puede sufrir un accidente. Posiblemente esto es lo que le ocurrió al submarino atómico norteamericano Thresher, que en 1963 desapareció con toda su tripulación, compuesta de 129 hombres.

Las corrientes marinas ejercen diversas influencias en los distintos dominios. Si la Corriente del Golfo pudiera ser desviada de su actual trayectoria, no calentaría la costa occidental europea, el litoral noruego se vería invadido por el hielo, y un amplio casquete ocultaría las montañas escandinavas.

Hoy se sabe que todos los océanos tienen una corriente tan significativa como la Corriente del Golfo. Tal vez, unas corrientes sean menos notorias o poderosas que otras, pero todas ellas actúan de modo intenso sobre el clima litoral y por lo tanto influyen indirectamente sobre la distribución geográfica de la población vegetal y animal de la biósfera.

En los océanos mundiales y en los mares que los constituyen se ha observado gran cantidad de corrientes cuyas características son muy particulares. El Océano Antártico se localiza al sur del paralelo 60° S, pero es difícil marcarle un límite septentrional, ya que es un océano abierto hacia el norte y que pasa, sin transición, al Pacífico, Índico y Atlántico; sin embargo, se ha delimitado al Océano Antártico tomando como base los caracteres físicos de sus aguas superficiales, y se le caracteriza por tener aguas de temperaturas extremadamente bajas, de menos 1.8°C a 10°C, con variaciones muy ligeras de temperatura y salinidad en relación con la profundidad, por lo que la estratificación vertical es mínima y existe mayor interacción entre las aguas superficiales y las profundas.

La Antártida ofrece el más claro ejemplo de corrientes de deriva formadas por el viento. La extensión que aquí alcanza el fenómeno se debe a la ausencia de barreras continentales que impidan la marcha oceánica y la acción del viento, persistente y violento; estos cambios atmosféricos también influyen en las aguas profundas.

En este océano se superponen e interfieren dos corrientes. Una, circular, que se manifiesta por el curso que lleva, girando de oeste a este del Continente Antártico, y debida tanto a las diferencias de densidad como a los vientos dominantes, se ha denominado Corriente Circumpolar Antártica, que es la más grande de las dos y llega hasta el fondo oceánico.

La otra es una contracorriente superficial, que no abandona el litoral antártico y que se mueve en sentido inverso de este a oeste, denominada Corriente Costera Occidental Antártica, la cual es generada por los vientos del oriente y del suroriente, que producen pequeños giros y la hacen derivar cerca de la costa.

Los desniveles de la topografía submarina del Antártico producen desviaciones de estas corrientes. Si la Corriente Circumpolar tropieza con una cordillera submarina, gira hacia la izquierda, y luego, una vez salvado el obstáculo, vira hacia la derecha, para tomar su rumbo inicial.

Al combinarse los movimientos contrarios de las dos corrientes antárticas se origina un fenómeno de divergencia en determinadas zonas de este océano, produciendo cambios marcados entre la temperatura de la atmósfera y la del agua que ocasionan posteriormente un fenómeno de afloramiento de aguas intermedias; a este fenómeno de afloramiento se le ha llamado divergencia antártica.

El Océano Ártico se localiza al norte de los 60° N de latitud y sus aguas están bordeadas por las costas de América del Norte, de Groenlandia y las del norte de Europa y Asia. Es un océano pequeño, su área corresponde a la quinta parte de la del Atlántico o del Índico y es somero: su profundidad es apenas una tercera parte de la que tienen estos océanos.

La colocación de los continentes que rodean al Océano Ártico impide que se produzcan grandes vientos de deriva y, por lo tanto, las corrientes hacia el ecuador son menores que las que se presentan en el Antártico.

Entre las corrientes del Ártico se pueden destacar la Corriente Fría de Groenlandia, que corre superficialmente entre Islandia y Groenlandia por el Estrecho de Dinamarca; la corriente del Estrecho de Behring, que permite el intercambio de agua del Ártico con la del Océano Pacífico; y las corrientes del Mar de Noruega y del Mar de Barents, que producen los intercambios con el Atlántico. Por las características del Océano Ártico no se presentan zonas bien definidas de divergencia.

El Océano Atlántico pone en comunicación los mares árticos con los antárticos, y se halla limitado al este por Europa y África, y al oeste por América. El Océano Atlántico se estrecha en la zona ecuatorial, dividiéndose en dos subocéanos, cada uno de los cuales presenta una circulación autónoma.

Desde las primeras travesías que se hicieron en el siglo XVI en el Océano Atlántico, los navegantes españoles observaron que, al regresar, sus naves eran llevadas de América a Europa por una corriente que les permitía alcanzar más pronto sus puertos de destino y así se tuvieron las primeras noticias sobre la Corriente del Golfo.

Esta corriente, que lleva un caudal de 70 a 90 millones de metros cúbicos de agua por segundo, con una anchura de 75 a 200 kilómetros, profundidad entre 450 y 1 500 metros y velocidades promedio de 4.5 kilómetros por hora, aunque en algunos puntos de recorrido puede alcanzar hasta l0 kilómetros por hora, en la actualidad no se interpreta corno el largo río de agua tibia que nace en el Golfo de México y atraviesa todo el Atlántico, sino que está considerada como todo un sistema en el que se engloba a todos los movimientos de agua y núcleos torbellinares reconocidos en el Atlántico Norte.

Esta corriente, que lleva desde las regiones tropicales de América hasta Europa grandes cantidades de agua y de calor, fue descrita por Benjamín Franklin, quien en 1762 la señala en una carta de navegación y le da por primera vez este nombre.

Figura 11. Primer mapa de la Corriente del Golfo elaborado bajo la dirección de Benjamín Franklin.

Figura 12. Sistemas de corrientes marinas de la Corriente del Golfo.

En la actualidad se considera que el sistema de la del Golfo está formado por las siguientes corrientes:

Corriente de la Florida: reúne todos los movimientos superficiales del mar que se presentan desde el Estrecho de la Florida hasta el Cabo Hatteras, donde ya no sigue al litoral. En esta corriente, por el Oeste, se desarrolla un enorme torbellino, que agrupa una ancha superficie formando el Mar de los Sargazos, en el cual, por existir pocos movimientos de surgencia, debido a que la temperatura y la salinidad son estables, existe poca diversidad de organismos.

Corriente del Golfo propiamente dicha o Corriente Central del Golfo: corresponde a la porción media del sistema, tiene 50 kilómetros de ancho en su zona más caudalosa. Comienza en el Cabo Hatteras y termina en el Gran Banco de Terranova, originando la Corriente del Atlántico Norte, la cual agrupa los movimientos y torbellinos a partir del Gran Banco de Terranova, y otra al este, que llega a Europa y forma varias ramas que rodean a Gran Bretaña, Noruega y otros países.

El Atlántico Norte se halla prácticamente cerrado por su parte septentrional, mientras que el Atlántico Sur comunica ampliamente, por su lado austral, con el Océano Antártico, cuya influencia en él es dominante. Además, el Atlántico Sur no alimenta mares interiores ni marginales, por lo que su circulación es más sencilla.

Todo el centro del Atlántico Sur o meridional está ocupado por torbellinos que giran en sentido inverso a las manecillas del reloj. La Corriente Surecuatorial se desvía hacia el sur originando la Corriente de Brasil, la cual se mezcla con la Corriente de las Malvinas que baña la costa oriental de Argentina. Mientras, frente a las costas occidentales de África, corre la Corriente de Bengala.

A lo largo del Continente Americano se localizan el Mar Caribe y el Golfo de México que constituyen un conjunto llamado el Mediterráneo Americano; más al norte se encuentra el Mar del Labrador y la Bahía de Baffin que separan Canadá de Groenlandia; y entre los continentes Americano y Euroasiático se extiende el Mar de Noruega y el Océano Glacial Ártico, mientras que entre Europa y África se forma el Mediterráneo. Cada uno de estos mares tiene una circulación propia, aunque dependiente de la circulación general atlántica.

El Océano Índico se encuentra limitado por las costas de África, Asia y Oceanía, y al sur queda ampliamente abierto hacia la Antártica. En este océano, las corrientes no son numerosas: sólo se localizan en su región media las corrientes de deriva norecuatorial y sudecuatorial, y entre ellas se forman numerosos remolinos, que giran en sentido inverso al de las manecillas del reloj. También frente a la costa oriental de África se desplaza la Corriente de Agulhas y en la occidental de Australia la Corriente Australiana.

El Océano, Pacífico recibió su nombre de Magallanes, quien en su famosa expedición, después de 33 días de arduo viaje, entró en un mar tranquilo, en contraste con el del Atlántico meridional, donde sufrió terribles temporales, por lo que lo que lo llamó así.

El Pacífico, se encuentra limitado al este por el ininterrumpido litoral americano, desde el Cabo de Hornos hasta el Estrecho de Behring; tiene su orilla occidental en Oceanía y Asia, y por el sur se relaciona ampliamente con el Océano Atlántico. En este océano existe un sorprendente contraste entre sus costas orientales, en las que sólo el Golfo de California goza de una relativa autonomía, y sus costas occidentales, donde desde Insulindia hasta el Estrecho de Behring se encuentran numerosos mares adyacentes, cada uno con caracteres propios y especiales en su circulación. Por sus características se divide en tres regiones; Sur, norte y ecuatorial.

Las corrientes del Océano Pacífico no se conocen tan bien como las del Atlántico, son más complejas debido a la distribución de los continentes y a la topografía del fondo oceánico.

La corriente más importante del Pacífico Sur es la del Perú, descubierta en 1802 por Alexander von Humboldt, por lo que primero, se le llamó de Humboldt. Con rumbo norte, bordea las aguas subantárticas; su velocidad es relativamente débil, y la masa de agua transportada no rebasa los 15 o 20 millones de metros cúbicos por segundo, calculándose su anchura en unos 900 kilómetros.

Figura 13. Corrientes del Océano Pacífico.

De una manera general, la corriente del Perú está sostenida, tanto en velocidad como en dirección, por la persistencia, de los vientos que soplan de las regiones del sur a las del sureste. Es la responsable de mantener temperaturas relativamente bajas, de más o menos 32°C, a lo largo del litoral peruano durante el verano sureño.

En la Corriente del Perú las aguas superficiales son movidas por un viento fijo que sopla desde el sur, llevándola mar adentro permitiendo que las aguas del fondo sean impulsadas hasta la superficie, formándose entonces zonas de surgencia rica en nutrientes, y por lo tanto, con alta productividad de seres vivos.

En esta corriente se presenta periódicamente un extraño fenómeno al que se le llama "El niño," el cual ha sido registrado en 1819, 1925, 1931, 1941, 1957, 1972,1976 y 1983, y consiste en que se forma una contracorriente de agua cálida que gira hacia el sur, ocasionando que la corriente peruana disminuya y se mueva mar adentro, por lo que desaparecen las surgencias y, con ello, baja la cantidad de nutrientes y la productividad del área.

El origen de este fenómeno no ha sido aclarado en su totalidad, y existen dos teorías para, explicarlo: una sostiene que se debe a los vientos cálidos procedentes del desierto de Atacama, situado entre Perú y Chile, que calientan el agua que baña a las costas peruanas, aumentando su temperatura en 4°C; la otra teoría asegura que surge como consecuencia de perturbaciones que ocurren en las cercanías de Australia e Indonesia, conocidas como "oscilación austral", y que consisten en un aumento de presión en el Pacífico sudoccidental y disminución de ella frente a las costas sudamericanas, lo que estimula la formación de corrientes, que se dirigen al litoral peruano, pero que se calientan a su paso por el ecuador.

Cualquiera que sea su origen, "El niño" forma una masa de agua caliente que se desplaza hacia el norte siguiendo la costa americana, y que en 1983 llegó hasta las costas mexicanas, estadounidenses y canadienses, alterando la productividad del mar y originando cambios en el clima.

La circulación en el Pacífico Norte es semejante a la del Atlántico Septentrional, siendo dos las corrientes principales de esta zona: la Corriente del Pacífico Norte, que comprende un conjunto de movimiento de aguas cálidas de rumbo oriental, a partir del meridiano 170 este. Esta corriente se bifurca hacia el sudeste pasando entre las islas Hawai y América y en dirección norte dando origen a otras corrientes más pequeñas como la de Alaska, la de Behring y la de California, transportando un total de 20 a 35 millones de metros cúbicos de agua por segundo.

La Corriente de Kuro-Shivo es considerada como la equivalente a la del Golfo en el Atlántico (responsable del calentamiento de todo el litoral europeo), ya que el Kuro-Shivo extiende su influencia a la costa

asiática y transporta entre 20 y 70 millones de metros cúbicos de agua por segundo.

De este a oeste, a través de todo el Océano Pacífico, se extiende la masa uniforme de las aguas ecuatoriales pacíficas que parecen haberse formado a expensas de las aguas subantárticas y que originan las corrientes Ecuatorial del Norte y Ecuatorial del Sur, localizándose entre ellas la Corriente Ecuatorial del Centro que se desplaza en sentido contrario a las anteriores es decir, de oeste a este.

Las corrientes marinas, cuyos movimientos y cambios de lugar se calculan en decenas de millones de metros cúbicos por segundo, tienen gran importancia en el transporte de calor y en la relación de la atmósfera con el océano, así como en el desarrollo de la vida vegetal y animal en las aguas del mar.

VIII. LA ACTIVIDAD DE LAS AGUAS OCEÁNICAS. LA ENERGÍA DEL OLEAJE

LOS vientos actúan sobre el agua del mar transmitiendo la energía y poniéndola en movimiento, produciendo ondulaciones en las capas superficiales, formando el oleaje que se observa en todas las agua del mundo y que desde el origen de los océanos ha golpeado las costas de los continentes.

Es difícil observar el movimiento ondulatorio claramente individualizado de las olas, pero en alta mar, y sobre todo en ciertos días de calma, se ve como la superficie es recorrida por una ondulación, que presenta elevaciones llamadas crestas y depresiones denominadas valles. Estas crestas y valles se propagan con regularidad, en líneas paralelas, que determinan el ascenso y descenso de las embarcaciones, que se mueven con ritmo pausado y solemne.

Para estudiar a las olas y sus efectos, los investigadores han empleado una terminología especial para los diversos elementos de que consta. Se llama longitud de onda o de ola a la distancia que separa dos crestas consecutivas. Altura de la ola es la distancia vertical que separa la cresta del valle (depresión más baja de la ola); el peralte es la relación entre la altura y la longitud de la ola; el período es el tiempo que separa el paso de dos crestas sucesivas delante de un punto fijo; y la celeridad o velocidad de fase es el resultado de dividir la longitud de onda entre el periodo.

En los estudios de oceanografía física se considera teóricamente a las olas como una forma suave y simétrica que puede ser descrita aplicando el modelo de propagación electromagnética, pero en el mar el oleaje presenta gran diversidad en forma, tamaño e intensidad; sin embargo, para facilitar su estudio se distinguen dos tipos principales de ondas o de olas: las libres y las forzadas, u olas propiamente dichas.

Figura 14. Características de una ola.

La ola libre, también llamada pura, se produce por causas ajenas a los vientos, y el lugar donde se origina se localiza lejos del punto donde se presenta, por lo que cubre áreas extensas del océano.

En cambio, las olas forzadas o de gran longitud de onda son causadas por intensas depresiones atmosféricas acompañadas de vientos activos, y se localizan en un sector reducido del mar.

Las olas hacen que la superficie del océano presente características extremadamente ordenadas, y no se debe confundir a las olas libres, que son raras, con las olas forzadas o formadas en un lugar determinado por la acción de un viento local.

Las olas libres se originan en sitios bien definidos y recorren la superficie marina produciendo movimientos ondulatorios que no presentan periodicidad. Por ejemplo, se considera que el oleaje que llega a la costa occidental de Marruecos surge en la región de las Islas Azores; allí, por la acción de los vientos de gran violencia y duración, se forman enormes olas piramidales que sacuden la masa líquida y propagan la ondulación resultante a enormes distancias y a una velocidad considerable en forma de olas libres. Se ha calculado que una ola inicial de 150 metros de longitud tarda 30 horas en ir de las Azores a Marruecos.

Actualmente, el lugar en donde se considera que las olas libres alcanzan su mayor altura es en el Océano Antártico, donde se producen olas de 30 metros, mientras que las olas más altas que se han observado en el Atlántico no rebasan los 20 metros; siendo aún más bajas en el Pacífico. En el Mediterráneo no exceden de los 8 metros y en el Océano Índico apenas si se producen durante el verano olas de 2.5 metros de altura, pero como la longitud de ellas es, por lo general, muy corta, resultan molestas para la navegación.

Entre las causas que originan este tipo de olas se encuentran las perturbaciones sísmicas submarinas, como deslizamientos, que producen una onda solitaria de pequeña amplitud, más o menos de un metro de altura, pero de gran longitud de onda. En alta mar estas ondas son prácticamente inapreciables, aunque su velocidad puede alcanzar los 80 kilómetros por hora; pero cuando llegan y chocan con el litoral, invaden más allá de la costa, provocando destrucciones considerables. A este fenómeno se le conocía como "ola de marea" o "marejada alta", pero actualmente los estudiosos lo designan con el término japonés de Tsunami (de Tsu: puerto, y Nami: ola).

Al llegar estas olas a la costa, su altura se incrementa tanto que alcanzan varias decenas de metros como, por ejemplo, en Hawai, donde han llegado a medir 15 metros, o en las costas de Chile y Perú, que forman olas de 40 metros. La ola más alta de las que se tiene noticia fue una de 70 metros, registrada en Cabo Aopatka, en la península de Kamchatka, en el año de 1737.

Los tsunamis no guardan relación alguna con las mareas o las tempestades y se producen siempre en ciertas zonas del océano, principalmente en el Pacífico, por ser ésta la región donde se presentan los terremotos marinos. El proceso es siempre el mismo: en algún lugar del gran océano se origina un maremoto y, por causa del fuerte temblor que sacude el fondo, las aguas se retiran provisionalmente de las costas, para volver, poco después, en forma de una gran ola.

Aunque los barcos muchas veces no advierten la presencia de la ola, ésta se levanta al contacto con cualquier obstáculo y forma enormes montañas de agua produciendo estas mareas sísmicas. Pueblos enteros de pescadores han desaparecido frecuentemente a consecuencia de algún tsunami, sin que los hombres que se encontraban pescando o navegando en alta mar notaran el paso de la terrible marea bajo las quillas de sus barcos.

Las grandes mareas sísmicas que se producen ocasionalmente en el Pacífico recorren enormes distancias antes de llegar a regiones de aguas poco profundas, donde originan olas de gran altura que producen auténticos estragos en las costas sobre las que llegan.

Por ejemplo, en el verano de 1957, un maremoto sacudió la región del Pacífico en donde se encuentra la Isla de Oahu, del archipielágo de las Hawai; poco después, miles de personas acudieron a la playa de Honolulú para observar un extraño fenómeno natural: hasta donde llegaba la vista, todos los arrecifes coralinos habían quedado al descubierto al retirarse de repente el mar a varios kilómetros de la costa; poco después llegó impetuosa una gran ola que causó graves daños, arrastrando casas enteras, y que costó la vida a numerosas personas.

Algunos de estos maremotos han sido particularmente devastadores. Uno de los más notorios es el del terremoto de Lisboa, acaecido el día primero de noviembre de 1755. Una ola de 12 metros de altura barrió la orilla y causó un total de más de 60000 víctimas y cuando el tsunami llegó a las costas de las Antillas, en la otra orilla del Atlántico, sus olas tenían la mitad de la altura inicial.

En 1883, la erupción del Krakatoa, en el Estrecho de la Sonda, entre Sumatra y Java, originó una onda

gigantesca que alcanzó entre 30 y 40 metros de altura en la costa y causó la muerte de 36 000 personas. Más terrible y perjudicial que el de Krakatoa fue el tsunami que en 1876 barrió las costas del Golfo de Bengala, habiéndose reportado la muerte de 200 000 personas. En 1908, el sismo de Mesina provocó otra onda de 12 metros de altura, que causó daños parecidos a los de Lisboa. En 1946, un tsunami azotó las costas de las Islas Hawai y en 1960, como resultado de los terremotos de Chile, se produjo un tsunami que repercutió hasta la costa de Japón.

La caída de grandes masas pétreas pueden dar origen también a ondas que, si bien se propagan a menor distancia, son devastadoras en las regiones vecinas. Por ejemplo, el desplome de un conjunto de rocas acaecido en 1930 en la isla Madera, formó una ola de 15 metros sobre el nivel del mar. En 1934, en Noruega, una masa pétrea de cerca de 5 millones de toneladas, al caer desde 500 metros de altura, formó una ola de 37 metros que invadió las costas cercanas, empujando algunas embarcaciones a más de 100 metros tierra adentro.

El hombre se muestra impotente frente a estas fuerzas desatadas de la naturaleza y ninguno de los diques que ha construido pudo resistir el embate de los tsunamis, por lo que en la actualidad, en las costas del Pacífico, se han instalado modernos sistemas de alarmas que registran cuidadosamente todos los maremotos que se producen en ese océano. En caso de peligro se informa a los habitantes de las costas para que puedan refugiarse, a tiempo, en los puntos próximos más elevados.

Sin embargo, esta acción es difícil por la velocidad de propagación de las olas de un tsunami, como el que se formó en 1940 en la fosa de las Aleutianas y que sólo necesitó 4.6 horas para cruzar a través del Pacífico Norte hasta Honolulú, recorriendo 3 605 kilómetros, y después, en 18 horas, se desplazó 12 890 kilómetros hasta Valparaíso, Chile, a una velocidad promedio de 712 kilómetros por hora.

En relación con el otro tipo de olas, las forzadas, también consideradas como olas comunes, se observa que éstas producen cambios en la superficie del mar conforme se acentúa la acción de los vientos que las forman, aumentando su altura en 30 centímetros por cada milla por hora que tiene el viento de velocidad.

Oleaje Viento Velocidad

(m/seg)

Liso Tranquilo 0 - 0.5

Rizado Brisa leve 1.5 - 3.5

SuaveBrisa suave

3.5 - 5.5

LeveBrisa moderada

5.5 - 8.0

ModeradoBrisa fresca

8.0 - 10.5

Fuerte Ventarrón 12.0 - 20.0

Borrascoso Tormenta 25.0 - 30.0

Excepcionalmente

borrascoso Huracán 35.0 a +

Generalmente, el mar presenta por las mañanas una superficie tersa y por esto se le llama mar llana o mar calma, pero al presentarse la brisa se produce una fina rizadura en la superficie, formada por diminutas

olas, que la convierten en mar rizada.

El periodo de tales olas es muy débil. La velocidad del viento es superior a la de las olas y, así, resulta que éstas disipan la energía creada.

Si el viento aprieta, los rizos se convierten en olas pequeñas, cuya longitud y altura aumentan también. Si sigue incrementándose la velocidad del viento, la altura de las olas crece más rápidamente de lo que permite su longitud, y entonces la cresta se cubre de espuma y aparecen las "cabrillas" y "borregos", antes de que caiga la ola.

Al disminuir el viento, la agitación del mar subsiste durante cierto tiempo, produciendo un oleaje cuya importancia y extensión dependen de la velocidad y la duración que tuvo el viento que originó el fenómeno.

Son raras las olas cuya configuración depende, exclusivamente, de un viento que sople siempre en la misma dirección. Los vientos reinantes en los océanos suelen proceder de varias direcciones y originan olas de diferentes tamaños, que pueden amortiguarse o sumar sus energías y formar olas todavía mayores, produciendo una turbulencia en las aguas llamada marejada o mar gruesa.

Así, las formas en que se presentan las olas comunes en los mares son muy diversas, por lo que se hizo y se adoptó una clasificación internacional de las olas, creada por el vicealmirante inglés sir Perey Douglas (1876-1939).

Mar número

Denominación del mar

Altura de las olas

(en metros)

0 Calma 0

1 Rizada 0 — 0.1

2 Marejadilla 0.1 — 0.5

3 Marejada 0.5 — 1.25

4Marejada fuerte

1.25 — 2.5

5 Mar gruesa 2.5 — 4.0

6Mar muy gruesa

4.0 — 6.0

7 Arbolada 6.0 — 9.0

8 Montañosa 9.0 — 14.0

9 Enorme Mayor que 14

Las olas no sólo presentan movimiento en la superficie del mar, sino que cada una de ellas está dotada de un desplazamiento interno, en virtud del cual las partículas de agua que la forman describen un círculo y, debido a esto, el transporte de energía por la ola afecta igualmente a la superficie y a otras capas más profundas.

La ola tiene, en consecuencia, lo que se llamaría el "calado de la ola", y cuando llega a aguas cuya profundidad es menor que la distancia existente entre dos crestas, el fondo la va frenando de abajo hacia arriba. En las olas siguientes la distancias entre crestas se van reduciendo progresivamente; la cima de la ola avanza a mayor velocidad que la base, formando una especie de muralla verde, transparente y con gran cantidad de espuma en su parte superior, y es entonces cuando la ola rompe sobre la playa.

Antes de desplomarse la cresta de la ola forma un rizo y se convierte en un túnel de agua, casi transparente, que dura fracciones de segundo; el aire que se encuentra en el interior del túnel se comprime y luego se expande, con lo que produce frecuentemente un sordo estruendo denominado el "rugir" de la rompiente.

Figura 15. Energía producida por las olas y las corrientes.

Figura 16. Boya experimental de Wells.

Como una variación de estas olas comunes se presentan las "olas internas", que se mueven en las capas localizadas por debajo de la superficial y que se producen por cambios en la densidad del agua que forma estas capas. Su velocidad es menor que la de las olas superficiales, alcanzando de uno a 6 metros por hora, por lo que es difícil percibirlas, sobre todo cuando el mar está agitado; sólo se puede notar su presencia cuando está en calma.

Estas olas internas fueron descubiertas a mediados del presente siglo los conocimientos que en la

actualidad se tiene sobre ellas permiten entender varios de los fenómenos relacionados con la circulación oceánica y con las mareas.

Cuando rompen las olas en la playa descargan toda la energía recibida de los vientos durante el camino que recorrieron por el océano. La ola, que los vientos pueden levantar a una altura de 6 o 7 metros, se estrella contra la costa con una fuerza de más de 25 toneladas por metro cuadrado. Y se ha calculado teóricamente que una ola de 1.5 metros de altura y 150 kilómetros de frente, llega a la costa con energía suficiente para abastecer la electricidad de una gran ciudad durante un día entero.

Las fuerzas dinámicas del mar crean una energía extraordinaria, por lo que el hombre se ha esforzado por captarla para su aprovechamiento. La tarea ha sido ardua, pues las variaciones de esta energía no pueden preverse y las instalaciones destinadas a utilizarla corren el riesgo de resultar dañadas por el exceso de esta misma energía, o de no contar con la suficiente para su máximo aprovechamiento. Esta energía del mar puede proceder de la fuerza del oleaje, de las diferencias de nivel creadas por las mareas, o de las corrientes.

Ante la fuerza de las olas que todos los días asaltan las rocas de la costa, los técnicos han imaginado los dispositivos más ingeniosos y, a veces, más increíbles, para captar esta tentadora fuente de energía. Por ejemplo: las bombas gigantes, como la que se instaló en la base del Museo Oceanográfico de Mónaco; flotadores articulados, como los que se pusieron en la costa argelina; o tanques elevados destinados a recoger el agua procedente de la cresta de las olas; pero, por desgracia, el rendimiento de estos dispositivos fue muy bajo.

Actualmente se han desarrollado nuevos intentos, como el aparato llamado "Oscilador de Wells", en honor a su diseñador, Allan A. Wells, de la Real Universidad de Belfast en Irlanda del Norte, que en 1977 construyó un aparato para aprovechar la fuerza del oleaje en la producción de energía.

En el estudio de las olas, los investigadores de todo el mundo han logrado grandes progresos, lo que facilita pronósticos útiles que permiten desde impedir tragedias hasta el aprovechamiento del oleaje como fuente de energía, y a esto ha colaborado el diseño de nuevos aparatos, como las piletas de oleaje o piletas de agitación hidráulica en donde se hacen modelos artificiales a escala de las olas; los nuevos métodos de observación de las olas naturales en las boyas y plataformas flotantes, y el empleo de satélites: como por ejemplo, el Nimbus de los Estados Unidos, que pueden recoger datos en unos 40000 lugares de la atmósfera y del océano cada día.

IX. LAS MAREAS. SU ENERGÍA Y SU UTILIZACIÓN

CUANDO una persona se encuentra sobre un peñasco al borde del mar observando cómo choca el agua sobre la roca, puede afirmar que está sintiendo el "pulso del océano". Las olas que produce el viento al accionar sobre la superficie del mar marcan sobre la costa un ritmo constante; pero también se puede registrar, al observar el mar durante todo un día, que se presenta un ritmo más lento, generalmente dos veces por día, y que constituye las mareas.

Plinio, pensador latino nacido en el año 23 y muerto en la erupción volcánica que destruyó Pompeya, describe en su obra Historia naturalis sus observaciones sobre las mareas, señalando que la circunstancia más extraordinaria que se presenta en las aguas del mar es el flujo y reflujo alternado con las mareas, causado por la acción que ejercen el Sol y la Luna sobre el agua del mar: la marea fluye y refluye dos veces entre dos salidas de la Luna, siempre en un espacio de veinticuatro horas. Primero, la Luna hace crecer la marea y, cuando llega al cenit, declina y se pone, hace que la marea descienda, y al presentarse el Sol, la marea crece de nuevo; después de lo cual cede y vuelve a subir cuando aparece nuevamente la Luna.

Las observaciones sobre las mareas realizadas por los pensadores de aquella época se realizaron principalmente en el Mar Mediterráneo y fueron aumentando cuando se iniciaron los viajes en todos los mares del planeta; sin embargo, muchos de estos informes fueron relatos hechos con grandes fantasías, sobre las mareas que se presentaban en las costas a las que iban llegando.

Una nota curiosa de aquellas épocas, es la que narra que cuando César realizó su primera invasión de Britania, no tomó en cuenta las mareas que se presentaban en las costas de Kent, lugar que seleccionó para el desembarco, y cuando estuvo frente a ellas la marea alta se produjo una hora antes de la medianoche y llegó a una altura superior a la normal, por ser una marea de plenilunio, lo que provocó que la mayor parte de su flota sufriera daños, por lo cual César tuvo que retirarse para planear su desembarco tomando en cuenta el comportamiento del mar.

Si César hubiera efectuado cuidadosas observaciones sobre los fenómenos de la marea durante un periodo razonablemente largo, habría descubierto que el mar crece, a lo que se le llama pleamar, y se retira dos veces por día. Existen generalmente cuatro mareas de diferente nivel diariamente: 2 mareas altas y 2 mareas bajas. La diferencia entre la pleamar y la bajamar recibe el nombre de amplitud de marea.

Figura 17. Características de las mareas.

Las mareas presentan gran diversidad de comportamiento, lo que hace que su estudio sea fascinante, ya

que las condiciones locales y la configuración del terreno pueden originar que el ascenso y descenso de las aguas presente un curso poco usual. En algunos lugares hay una sola marea por día. En otros no se puede hablar de marea en el sentido de pleamar y bajamar, pero en cambio enormes corrientes avanzan o retroceden, influyendo en grandes extensiones de la costa y produciendo gigantescas olas de marea.

El estudio científico del comportamiento de las mareas se debe a Isaac Newton, que lo analiza en su obra Principios matemáticos de la Filosofía natural (1686). En esta obra Newton, con su ley de gravitación, calculó la altura de la marea según la fecha del mes, la época del año y la latitud. Sin embargo, en muchos de sus estudios considera que las mareas representan un equilibrio y no tomó en cuenta que las mareas representan un fenómeno dinámico. Fue el sabio Simón Laplace quien en su obra Mecánica celeste complementó las teorías de Newton.

Posteriormente muchos investigadores han colaborado con trabajos para el conocimiento de las mareas como los de Rémi Chazallon, que en 1839 publicó el primer Anuario de mareas de las costas de Francia utilizando los primeros mareógrafos que probablemente se inventaron en 1850, y en 1872 lord Kelvin construyó un aparato para predecir mareas.

La elevación y caída del nivel del mar se presentan de manera periódica y son más notables a lo largo de las líneas de costa del planeta. El intervalo entre una pleamar y la siguiente generalmente no es doce horas, sino de alrededor de doce horas y veinticinco minutos, por lo cual la pleamar se atrasa todos los días y está relacionada con el hecho de que la Luna también alcanza su punto más alto cerca de los quince minutos más tarde cada día. Esto implica que los dos fenómenos se presenten en diferente momento; la marea alta se produce, en general, algunas horas antes o después del paso de la Luna, y esta variación de tiempo depende además de la fecha del mes en que ocurra.

Como se sabe, no sólo es la Luna la que causa este interesante fenómeno, sino que también el Sol interviene de manera directa en su producción; sin embargo, el período de las mareas solares sólo es de 24 horas. Todos los principios señalados para los efectos de la gravedad lunar sobre el océano pueden aplicarse al Sol, aunque su masa sea mayor (alrededor de 27 millones de veces la de la Luna) ya que está unas 400 000 veces más lejos, y por esta razón el efecto que la Luna ejerce sobre las aguas del océano es dos veces mayor que el provocado por el Sol. Las fuerzas de marea del Sol sólo representan el 46 por ciento en relación con las producidas por la Luna.

Figura 18. Mareas vivas.

Figura 19. Mareas muertas.

Otro aspecto que se tiene que tomar en cuenta en el comportamiento de las mareas es su altura. Por ejemplo, en ciertos lugares la marea nocturna es más alta que la diurna; en otros, un arrecife de coral que cierto día, aun en la baja mar, quedó bien cubierto, puede quedar completamente expuesto quince días después. Esta variación quincenal está relacionada con los movimientos lunares: cuando la Luna está llena, la amplitud de las mareas es mayor, y cuando está en cuarto menguante o creciente, es mínima.

Las mareas que se producen durante el periodo de cada mes lunar, en el que el Sol, la Luna y la Tierra se encuentran en línea recta, tienen mayor diferencia de nivel entre la marea más alta de la pleamar y la marca mínima de la bajamar, debido a que los efectos de la gravedad del Sol y la Luna se suman y son más fuertes. Estas mareas se denominan mareas vivas de primavera o eqinocciales.

Los efectos opuestos ocurren cuando el Sol y la Luna están colocados formando un ángulo recto en relación con la Tierra, lo cual anula parcialmente la acción de la gravedad, resultando mareas más débiles que presentan poca diferencia entre los niveles más alto y más bajo de la marea. Éstas se denominan mareas muertas o de cuadratura.

Cada mes lunar consta de dos series de mareas equinocciales que alteran con dos series de mareas muertas, y entre ellas existen algunos días de transición que presentan mareas intermedias.

Cuando se miden los niveles de las mareas, se toma en cuenta que el océano está sometido a diversas fuerzas, como las influencias gravitatorias de los astros, los vientos predominantes, la densidad variable de las masas de agua, etcétera. Además se tiene que considerar que el nivel del mar es diferente en los distintos océanos: es más alto en la costa del Océano Pacífico que en la del Atlántico, diferencia que puede deberse a la menor densidad del agua del Pacífico, e influye en la intensidad de las mareas.

La manera más simple para efectuar mediciones de las mareas consiste en introducir una regla de madera graduada en un lugar poco profundo de la costa pero para poder registrar, lo más exacto posible, el lento cambio de la marea, se tienen que evitar las variaciones de nivel del mar en el periodo corto durante el que se mide, ya que el mar nunca está quieto; aun en la más completa calma se agita y se levanta formando olas.

Para iniciar este tipo de medición generalmente se utiliza la bajamar media, como nivel de referencia, que se encuentra registrada en la mayor parte de las cartas de navegación. Esto permite contar con un punto de partida para hacer las observaciones.

En la actualidad se cuenta con métodos de mayor precisión, y se han construido dispositivos de medición llamados mareógrafos, los cuales pueden estar colocados en los buques oceanográficos o en boyas para registrar los cambios de marea.

Las mediciones de la marea permiten calcular la frecuencia con que se presentan los cambios de ellas, es decir, hacer la predicción de las mareas. Hasta hace pocos años, los aparatos para predecir las mareas eran mecánicos; ahora se utilizan computadoras electrónicas que hacen el trabajo de manera más rápida y eficiente y se programan para que impriman automáticamente las tablas de marea.

En todos los países con costa existen instituciones que registran las mareas y publican tablas con esta información con el fin de que sea aprovechada; por ejemplo, en México, el Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México publica las de sus costas; en los Estado Unidos se registran en cuatro volúmenes: el primero para las costas de Europa, el Mediterráneo y la costa Oeste de África; el segundo para la costa este de Norte y Sudamérica; el tercero para la costa oeste de Norte y Sudamérica, y el cuarto para los océanos Pacífico e Índico; en Inglaterra las tablas de mareas ofrecen predicción detallada para 130 puertos patrones y permiten calcular las de 10 mil puertos del mundo; y en España aparece el Anuario de mareas editado por el Instituto Hidrográfico de la Marina.

En las diferentes playas del mundo las mareas presentan características específicas, sobre todo en cuanto a su amplitud; tal es el caso de Puerto Peñasco, Sonora, en donde ésta alcanza 8 metros; los puertos de Liverpool y Bristol en Inglaterra tienen mareas vivas que producen ascensos y descensos de 9 a 10 metros; en Braunagar, India, la amplitud llega a 12.5 metros; en la Bahía de Mont-Saint-Michel, Francia, a 15 metros, y en la Bahía de Fundy, Canadá, es de 19.5 metros. Esta característica de las mareas presenta una serie de problemas para los diferentes tipos de puertos, ya que hace muy difícil el manejo de los barcos.

Amplitudes en metros Costa

8.0 Puerto peñasco, sonora, México

9.0 — 10.0 Liverpool y Bristol, Inglaterra

12.5 Braunaga, India

14.0 Bahía Collier, Australia

15.0 Bahía Mont-Saint-Michel, Francia

18.0 Río Gallegos, Argentina

19.5 Bahía Fundy, Canadá

Las mareas también intervienen en la modificación de las características de las costas, pues depositan o se llevan material. En la desembocadura de los ríos el material se puede depositar cerca de la orilla, formando los llamados bajos; o puede ser transportado y dispersado por las corrientes paralelas a la costa. Las características que tomarán las diferentes costas modificarán también la vida tanto vegetal como animal que en ese lugar se desarrolle; allí se encontrarán seres cuya forma de vida sufre una exposición cíclica al mar y al aire, a causa de las mareas.

Para un observador que se encuentre en la arena de una playa, el ascenso de la marca difícilmente sugiere una enorme energía; sin embargo, la energía que la marca disipa continuamente en nuestro planeta es del orden de los millones de caballos de fuerza.

Esta energía de los mares es aprovechada por el hombre de diferentes maneras, por ejemplo, se utiliza para mover ruedas hidráulicas, lo que se conoce desde los comienzos de la historia de la humanidad, que sirven para irrigar los campos o para el molido de los cereales, como las cuatro ruedas hidráulicas empleadas para moler especias, en Chelsea, Massachusetts, donde con la máxima amplitud de la marea generan alrededor de 50 caballos de fuerza, o para fabricar hielo, como la de Ploumanach, que en 1898 producía 450 kilogramos diarios.

Otra manera de aprovechar las mareas es establecer centrales hidroeléctricas, cuyos antecesores son los molinos de marea los cuales tropezaron con el problema de que las mareas son variables en intensidad y, por lo tanto, su potencia no es constante, ahora, la ingeniería hidráulica ha construido maquinaria y estructuras que se adaptan para utilizar al máximo la energía producida por la marea.

El lugar seleccionado para montar una central mareomotriz debe contar con fuertes mareas para que la amplitud sea grande, con un gran depósito de agua, y con que las mareas se presenten en áreas restringidas para que la obra a realizar tenga las menores dimensiones, con el fin de que el costo sea bajo.

Se han estudiado muchos lugares de las costas para el establecimiento de este tipo de centrales, y algunas se han instalado en plan piloto, como la que se construyó en Francia, en las costas bretonas de la Bahía Mont-Saint-Michel; la de la desembocadura del Devern, en Gran Bretaña; en las costas del Mar Blanco, en la Unión Soviética; en el Golfo de Cambay en India; en la Bahía Fundy en Canadá, y en las costas de la Patagonia en Argentina.

Actualmente se cuenta con una central de aprovechamiento de la energía de la marea a escala industrial, construida en una barrera a través de la entrada del estuario del río Rance, en Bretaña, Francia, el cual desemboca en el Canal de la Mancha entre Saint-Malo y Dinard. En este lugar la amplitud de la marea es de 13.50 metros y el agua entra y sale del estuario a razón de 18 000 metros cúbicos por segundo, produciéndose un volumen útil de más de 170 millones de metros cúbicos; además, su depósito puede contener 184 millones de metros cúbicos de agua. Las instalaciones constan de cuatro partes principales: la represa, la central generadora de energía, las esclusas para la navegación y una serie de canales con válvulas reguladoras para acelerar el llenado y el vaciado del depósito, a través de un dique que une a las dos orillas que se encuentran a 750 metros de distancia.

Figura 20. Central mareomotriz del Rance, Francia.

Cada una de las 24 máquinas generadoras de energía que quedaron instaladas en 1967 en el Rance, puede producir 10 000 kilowatts; por lo tanto, la producción máxima de potencia es de 240 000 kilowatts y en el año puede llegar alrededor de 670 millones de kilowatts-hora.

Por lo costeable de la producción de energía eléctrica por medio de las mareas, ya que la utilización del agua casi no cuesta, Se están elaborando otros proyectos en los lugares del planeta en donde se presentan mareas de gran amplitud.

X. RELACIÓN ENTRE LA ATMÓSFERA Y EL OCÉANO, INTERCAMBIO DE CALOR Y ACCIÓN DEL VIENTO

CUALQUIER persona que se haya embarcado o se quede en la costa y observe una tormenta en el mar, conoce bien algunas de las consecuencias de la interacción entre la atmósfera y el océano. Sabe que hasta los buques más grandes pueden balancearse y cabecear haciendo que la tripulación la pase mal, y que las embarcaciones menores pueden quedar destruidas en un instante, o que las fuerzas del mar llegan a causar grandes catástrofes en los poblados de la costa y, algunas veces, ocasionan destrucción a muchos kilómetros dentro de ella.

Toda esta energía que el agua del mar produce cuando el viento sopla sobre su superficie, también hace que se desgaste la costa y llenen con limo las caletas y las bahías. Asimismo impulsa las grandes corrientes oceánicas, como la Corriente del Golfo de México, la de Kuro-Shivo y la del Perú, y produce los movimientos de las masas de agua en el seno del océano.

Otra de las consecuencias de gran importancia de la interacción del mar con el viento es que el agua necesaria para mantener la vida en el planeta circula constantemente gracias a la acción de este viento.

Durante los últimos 30 años se han logrado grandes adelantos en la comprensión de la relación entre la atmósfera y los océanos; a esto colaboran tres avances técnicos: el desarrollo de nuevos instrumentos de observación, por ejemplo, el satélite meteorológico, que ha revolucionado por completo las oportunidades de observar la atmósfera y averiguar que es lo que está sucediendo en todo momento; la implantación de nuevas técnicas experimentales que permiten simular la atmósfera con fluidos giratorios y estratificados, y reproducir en el laboratorio la dinámica de fenómenos como la nubosidad, y el uso de las computadoras de gran velocidad, que permiten hacer pronósticos utilizando modelos matemáticos en lugar de la intuición.

Además, cada vez se establecen nuevas estaciones de investigación tanto en tierra como en el mar, para observar la relación atmósfera-océano. Existen varias plataformas de observación meteorológica colocadas en el océano y muchos barcos de investigación oceanográfica se encuentran haciendo innumerables estudios sobre esta acción. La meteorología marina es la rama de la oceanografía física que se encarga del estudio de la interacción de los océanos con la atmósfera y del comportamiento diario de ésta en las regiones marítimas.

La atmósfera. está compuesta de un 78 por ciento de nitrógeno, 2I por ciento de oxígeno y 1 por ciento de otros gases como el bióxido de carbono, argón, criptón, xenón, helio, ozono, etcétera; su peso es de 9 046 cuatrillones de toneladas; alcanza una altitud de 65 000 kilómetros en donde se empieza a mezclar con la atmósfera solar, que se encuentra a 95 000 kilómetros de elevación sobre la superficie del planeta.

Figura 21. Estudio de la relación océano-atmósfera.

Figura 22. Zonas de la atmósfera.

Según sus características físicas y químicas, la columna de aire atmosférico puede ser dividida en las siguientes zonas: tropósfera, estratósfera, mesósfera, termósfera, exósfera y magnetósfera.

La tropósfera alcanza en promedio 8 kilómetros de altura, aunque en los polos su altura es de 5 kilómetros y, en las regiones tropicales, de 11 kilómetros, debido a la diferencia de temperatura de estas regiones, lo que hace que el aire cambie en densidad: cuando la temperatura es baja el aire es más denso y ocupa menor volumen.

La siguiente zona es la estratósfera, con una altura de 50 kilómetros y temperatura casi uniforme de menos de 2°C; en ella destaca una región llamada ionósfera, rica en ozono, O3 que impide la penetración de la radiación ultravioleta del Sol hacia las capas inferiores de la atmósfera.

Por encima de la estratósfera están la termósfera, la exósfera y la magnetósfera, que ocupan una región entre los 100 y los 65 000 kilómetros, que es donde empieza la capa de mezcla entre la atmósfera terrestre y la del Sol.

La relación entre la atmósfera y el océano se lleva a cabo en la tropósfera, debido a que la superficie de la Tierra es la fuente de calor, producido por la radiación solar, que calienta a la atmósfera, y que influye en

las condiciones del clima y del tiempo regulando la cantidad de gases atmosféricos y la de vapor de agua.

Se puede considerar que la atmósfera y los océanos tienen el mismo origen, por lo que presentan casi el mismo tipo de constituyentes químicos; sin embargo, la superficie del océano es, en realidad, una superficie versátil e inestable de una complejidad asombrosa.

Al examinar la capa atmosférica que lo cubre se observa que existe un intercambio constante de masa en la interfaz mar-aire, es decir: de compuestos químicos suspendidos; de energía, que consiste principalmente en calor, y de impulso, representado por los vientos.

Cuando se considera la interacción atmósfera-océano, la masa tiene particular interés si se toman en cuenta las variadas sustancias que fluyen a través de la superficie oceánica y de la atmósfera y la influencia que estas sustancias tienen sobre los fenómenos que se suceden en ambos medios. Ejemplo de ellas son el vapor de agua, gases como el oxígeno y bióxido de carbono, y los diferentes tipos de sales, que son básicos para los sistemas biológicos del océano.

La energía está representada por el intercambio de calor que se realiza entre el océano y la atmósfera, lo que constituye un verdadero motor térmico. Dicho intercambio, es el responsable de que existan diferentes temperaturas en los polos y en el ecuador, y a su vez, este calentamiento diferencial es el que ocasiona la circulación de las masas de aire en la atmósfera y de las aguas en los océanos, lo que provoca que la temperatura se mantenga más o menos constante en las diferentes regiones de la Tierra.

En la dinámica total del calor de la Tierra intervienen: la zona de interacción mar-aire, la energía proveniente del espacio que atraviesa la atmósfera y es absorbida por el océano, los océanos que calientan la atmósfera que los cubre, y luego la atmósfera que transporta la energía a las regiones polares, donde puede ser emitida al espacio en forma de radiaciones.

En conjunto, la Tierra gana y pierde calor por los cambios que se presentan en las radiaciones solares, que reciben el nombre de flujo solar o insolación, y su balance térmico depende de la energía que le llega del Sol y de la que ella devuelve al espacio. En las latitudes bajas el ingreso de la energía proveniente de Sol es mayor que la pérdida de energía al espacio por radiación; en las altitudes altas, en cambio, el ingreso de energía proveniente del Sol es menor que la pérdida al espacio. En la misma latitud, por ejemplo, en toda África, la distribución del calor sobre la tierra es muy diferente que la del océano.

En las regiones entre los 20° y los 40° de latitud, las radiaciones llegan sin pérdida alguna convirtiéndose en energía calórica.

Por lo tanto, si se tomara en cuenta solamente el efecto de la radiación solar, se tendría un cambio constante de la temperatura de la Tierra; los trópicos tenderían a hacerce más cálidos, y las regiones polares se enfriarían cada vez más. Afortunadamente la temperatura de la Tierra, no depende sólo de las radiaciones dado que existe un flujo de energía desde los cálidos trópicos hacia los polos que se lleva a cabo en las porciones fluidas de la Tierra, es decir, tanto en la atmósfera como en los océanos.

Tomando en cuenta la temperatura de las zonas ecuatoriales y polares, la temperatura promedio del agua oceánica es de 3.8°C. En el hemisferio sur la superficial es 1°C más caliente de la que presenta el hemisferio norte; sin embargo, las temperaturas del hemisferio sur, para cualquier latitud, son generalmente más bajas que las correspondientes a la misma latitud en el hemisferio norte.

La radiación solar atraviesa directamente la atmósfera sin ser absorbida hasta llegar a la superficie del planeta, donde los continentes y los océanos la absorben; como estos últimos ocupan el 70 por ciento del globo, la mayor parte de la energía que proviene del Sol se fija en la superficie del mar y es esta radiación absorbida la que calienta la atmósfera, primero en los trópicos, y de allí se transporta este calor a las latitudes más altas en los polos, donde irradia su energía al espacio.

Otra forma de intercambio de calor entre el océano y la atmósfera resulta de la evaporación de agua de la

superficie oceánica lo que produce calor en una cantidad de 600 calorías por cada gramo de vapor de agua. Este vapor, una vez que deja la superficie del mar, asciende por el aire libre hasta que se condensa en forma de lluvia generándose las tormentas. Para ilustrar la importancia de la energía producida por la evaporación del agua oceánica, cabe señalar que la energía liberada por la condensación de este vapor es igual a la energía eléctrica que utilizarían 10 ciudades del mismo tamaño de Nueva York.

La relación entre la evaporación y la precipitación que se presenta en las regiones oceánicas y atmosféricas es muy importante para la transferencia de calor en el planeta.

El tercer intercambio que se presenta en la interfaz mar-aire, es el representado por los vientos, llamado impulso. Estos vientos se producen por la acción del calor procedente del Sol y por las diferencias de presión en la superficie de la Tierra, fenómenos que hacen que el aire forme el viento al ponerse en movimiento y su acción turbulenta provoca que los gases que se encuentran en la atmósfera se mezclen, creando el aire que se respira.

El viento fluye con una dirección que va del lugar de mayor presión atmosférica al de menor presión. En la dirección de los vientos interviene el movimiento de rotación de la Tierra, y la velocidad de éstos se modifica por el rozamiento con la superficie tanto de los continentes como de los océanos. En las altas latitudes la mayor transferencia de calor se efectúa por el viento.

A los vientos que van desde las zonas de alta presión que se localizan en los polos, hacia zonas de baja presión del ecuador, se les llama alisios; estos vientos desvían su trayectoria hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, debido a la rotación de la Tierra, por el denominado efecto de Coriolis. Estos alisios son los más constantes, y como su dirección principal es de este a oeste fueron llamados "vientos del comercio" por favorecer a las embarcaciones que navegaban del Viejo Continente hacia América. Otros vientos soplan del ecuador hacia los polos y reciben el nombre de contraalisios, por tener una dirección en sentido opuesto a la de los alisios.

Otro tipo de vientos son los monzones, que se caracterizan por cambiar de dirección según la estación del año: soplan en una dirección durante el verano y en la contraria durante el invierno.

Los efectos que producen los monzones son distintos en cada caso; cuando el monzón asiático sopla desde el sudoeste, es decir, cuando proviene del mar, está cargado de humedad, y en su ascenso por las altas montañas divisorias de la India, origina una rápida condensación y la precipitación correspondiente, dando lugar a las famosas lluvias torrenciales monzónicas del sur del Continente Asiático.

Existen otros tipos de viento menos significativos como los llamados vientos generales del oeste, que soplan desde el sudoeste en el hemisferio norte y del nordeste en el hemisferio sur, los cuales, en algunas ocasiones, llegan a adquirir velocidades altas.

Otro tipo de intercambio de energía entre la atmósfera y el océano es la presión que ejercen los vientos sobre la superficie del agua, y su resultado principal son las olas y las corrientes marinas. El intercambio de energía resultante puede levantar enormes olas y ocasionar grandes corrientes oceánicas, lo que produce importantes cambios en el clima de las zonas costeras y los continentes.

Estas manifestaciones de los vientos pueden ser violentas. Por ejemplo, cuando un lugar determinado de la atmósfera incrementa su temperatura, el aire situado en ella se dilata, haciéndose más denso, y tiende a descender, por lo que en las capas inferiores de la atmósfera, en donde hay aire frío, éste es desalojado y el lugar abandonado es ocupado por corrientes de aire que fluyen ascendiendo en espiral, arrastrando arena y polvo cuando se presenta el fenómeno en los continentes, y agua cuando se presenta en los océanos; a este tipo de manifestaciones se les llama remolinos, y pueden alcanzar una velocidad de hasta 21 kilómetros por hora.

Otro tipo de manifestaciones violentas son las trombas marinas, que se producen cuando de una nube desciende cierta cantidad de aire frío y pesado hasta tocar la superficie del mar, desalojando hacia arriba el

aire que está sobre esta superficie, que se ve obligado a ascender por ser más liviano, y que forma una espiral debido a la rotación de la tierra, arrastrando consigo agua.

Cuando se presenta una invasión de aire frío procedente de las alturas, desalojando aire caliente de las capas inferiores de la atmósfera, se producen los llamados tornados en los cuales la masa de aire frío desciende con un movimiento en espiral y con intensidad hasta de 350 kilómetros por hora, causando grandes daños por esta velocidad. Los tornados se presentan principalmente en Norteamérica, y en Estados Unidos han llegado a ocurrir unos 200 por año.

La velocidad del viento provoca que la evaporación en la superficie oceánica se intensifique rápidamente y esto hace que se eleve la energía en la atmósfera; esta energía aumentada genera las tormentas; a medida que avanzan las tormentas aumenta la evaporación, lo que proporciona más energía para gestar más tormentas.

Figura 23. Zonas de ciclones.

Este proceso de regeneración de energía es uno de los factores de la formación de las catastróficas tormentas tropicales llamadas huracanes, en el Océano Atlántico, y tifones, en el Océano Pacífico. Estas tormentas siguen aumentando su fuerza mientras están en el océano templado, y sólo comienzan a amainar cuando, siguiendo su camino, pasan sobre la tierra o sobre zonas donde el océano es más frío y la evaporación se reduce por la menor temperatura superficial. También se acostumbra llamar ciclones a este tipo de manifestaciones violentas del viento.

Un ciclón está formado por una área central llamada ojo o vórtice y por sus márgenes, que generalmente se encuentran a unas 12 millas; puede alcanzar una velocidad de 120 kilómetros por hora, aunque a veces llega hasta los 200 kilómetros por hora, por lo que se entiende que cause grandes destrozos a su paso.

Toda esta relación del viento con los océanos y la complejidad de los fenómenos que produce, muestra la importancia de conocer su intensidad, por lo que los hombres de mar han propuesto una serie de nomenclaturas para tratar de descubrirla. Una de ellas es la propuesta por el almirante inglés Francis Beaufort (1774-1857), la cual se conoce como Escala Marítima de Vientos, en donde los coloca, según su intensidad, como sigue:

Grados Beaufort Nombre Velocidad

0 Calma 0.0 — 1.0 kmn / hora

1 Ventolina 1.0 — 6.0 kmn / hora

2 Flojo 12.0 — 20.0 kmn / hora

3 Bonancible 20.0 — 30.0 kmn / hora

4 Fresco 40.0 — 50.0 kmn / hora

5 Duro 65.0 — 75.0 kmn / hora

6 Temporal 90.0 — 100.0 kmn / hora

7 Borrasca 100.0 — 120.0 kmn / hora

8 Huracanes más de 120.0 km / hora

En síntesis, las formas de transferencia de energía de los océanos a la atmósfera son, según su importancia: la radiación del Sol, la evaporación, el intercambio de energía térmica por calentamiento o enfriamiento del aire y el intercambio de energía mecánica provocado por las presiones y los vientos de la atmósfera. Sobre estos fenómenos los oceanógrafos físicos y los meteorólogos están iniciando su estudio; sin embargo, como la tecnología avanza cada día, se están realizando avances significativos para entender cada vez mejor la relación entre la atmósfera y el océano.

El objetivo final de estos estudios es poder llegar a considerar a la atmósfera y a los océanos como una sola entidad; algún día, en el futuro, poder pronosticar simultáneamente el huracán y la tempestad que éste desencadena; de manera similar, lograr pronosticar la intensidad de las olas que se generan en la superficie del océano, y que son tan grave peligro para la navegación y la conservación de las vidas humanas y de la economía del hombre.

XI. LAS PRECIPITACIONES ATMOSFÉRICAS Y EL CICLO DEL AGUA

EL AIRE atmosférico nunca está completamente seco, sino que presenta cierta proporción de agua en forma de vapor que proviene, principalmente, del agua de los océanos, tan abundante en la superficie del planeta.

La humedad del aire es muy variable de un punto a otro de la Tierra. Alcanza el máximo sobre la porción ecuatorial de los océanos, y el mínimo sobre los desiertos, en donde el agua falta casi por completo. Los vientos que remueven la masa atmosférica mezclan las capas secas con las húmedas llevando este vapor lejos de los lugares de origen y formando las masas de aire.

El agua sube a la atmósfera debido al fenómeno de la evaporación, que es más intensa mientras más lo sea la temperatura y la agitación del aire. Así, las regiones ecuatoriales de los océanos evaporan al año una masa de agua de unos dos metros de espesor. En el Mediterráneo, que está sometido a una intensa radiación, se evapora un metro y medio en el mismo tiempo. En cambio, en las latitudes altas la cantidad decrece mucho hasta alcanzar un índice muy pequeño de evaporación en las aguas frías próximas a los polos.

También existen grandes variaciones de evaporación de este a oeste, a lo ancho del océano; por ejemplo, la evaporación sobre la cálida Corriente del Golfo en la parte occidental del Océano Atlántico, frente a las costas de Norteamérica, es casi el doble de la que se presenta sobre la parte oriental del mismo océano, frente a las costas de Europa, a la misma latitud. El promedio anual de evaporación en todos los océanos es de 97.3 centímetros de espesor.

Se ha calculado que un promedio de 10 billones de toneladas de vapor de agua se mueve en la atmósfera por acción del viento; un billón cae a la Tierra todos los días, y del océano se evapora por acción del Sol otro billón diariamente, el cual pasa a la atmósfera. Por lo tanto, la atmósfera es un gran depósito de vapor de agua y su periodo de renovación es cada 10 días.

La evaporación disminuye la temperatura de la superficie del agua ya que absorbe gran cantidad de la energía del Sol, esto regula el equilibrio térmico de los océanos. Asimismo, la evaporación tiene un efecto importante sobre la salinidad de los mares, ya que tiende a concentrar las sales que en ellos existen, es decir, incrementa la salinidad, contrarrestando la acción de las precipitaciones pluviales que diluyen las sales del agua próximas a la superficie del mar, disminuyendo la salinidad. Por tanto, se va a establecer un equilibrio entre la temperatura, la evaporación y la precipitación que permite que la salinidad aumente o disminuya según las condiciones existentes en la atmósfera y el océano.

También la evaporación es importante, por ser la fuente de la mayor cantidad del agua dulce de la Tierra, ya que el agua regresa a la superficie del planeta y a los océanos al precipitarse el vapor en forma de lluvia.

La cantidad de evaporación del agua de la superficie de los mares está determinada por los siguientes factores: temperatura, contenido de vapor de agua en la atmósfera, velocidad del viento, salinidad del agua y área de agua expuesta al Sol.

La evaporación es directamente proporcional a la temperatura y a la velocidad del viento, ya que al aumentar estos factores también se incrementa ella, y es inversamente proporcional al contenido de vapor de agua y a la salinidad de ella, debido a que cuando éstos son altos la evaporación disminuye.

Si en su movimiento ascendente las masas de aire cargadas de vapor de agua se encuentran con otras sólo de aire, el vapor se condensa y forma nubes, haciéndose visible, como ocurre al borde del mar, en donde las masas de aire marítimo, saturadas de humedad, chocan con las de origen continental, secas y frías. La

evaporación de la superficie del mar es la fuente de las nubes, y el aire marítimo el portador de ellas. Las nubes que se encuentran sobre los continentes tienen origen marino, ya que el aire continental presentaría el cielo despejado.

Al originarse las nubes, se van uniendo hasta formar un manto con un espesor de aproximadamente un kilómetro, que ha sido llamado el mar de nubes al ser observado por los que viajan en avión o por los alpinistas que escalan altas montañas, por el aspecto que presentan. Al principio, este manto de nubes parece inmóvil, surcado únicamente por suaves ondulaciones, pero a menudo los cambios en sus condiciones y en sus movimientos pueden hacer que se presenten los factores adecuados para que se originen los violentos torbellinos.

Las nubes están formadas por la concentración de gotas de agua o de cristales de hielo que se encuentran suspendidos en la atmósfera como consecuencia de la condensación del vapor de agua contenido en el aire, debido al enfriamiento de este último.

Las nubes presentan gran variedad en sus formas y características y los meteorólogos han establecido varias clasificaciones formando la llamada "escala del cielo"; la clasificación más aceptada es la que distingue cuatro categorías principales:

Cirros: nubes aisladas de contorno filamentoso; se mantienen a gran altura —8 000 a 9 000 m— y suelen estar formados por cristales de hielo; nunca dan origen a precipitaciones en forma de lluvia o nieve, y forman al combinarse con otros tipos de nubes los cirrocúmulos o cirroestratos.

Estratos: son las masas de nubes extendidas en una forma especial y definida. Según su origen y modo de formación, los de poco espesor se sitúan en los 1 500 metros de latitud. Tampoco originan lluvia, pero al combinarse se convierten en nimboestratos, que producen los chubascos o aguaceros finos y persistentes, y se encuentran muy bajos, a 1 000 metros.

Cúmulos: son nubes redondas, de un blanco inmaculado. Se desarrollan verticalmente, o sea que su base está a los 1 500 metros o más de altitud. Al convertirse en cúmulo-nimbos, que llegan hasta los 12 000 metros de altura, provocan los chubascos, tormentas o granizo.

En estas nubes se originan los movimientos violentos producidos por los torbellinos y las fuertes descargas eléctricas que se forman por una diferencia grande de potencial eléctrico entre una nube y el suelo, entre dos nubes, o entre dos partes de una misma nube. Estos cúmulo-nimbos acumulan enormes cargas de energía eléctrica, de 3 000 voltios por centímetro, que al llegar al suelo provocan descargas de cientos de miles de amperios.

CUADRO 2. Volumen de agua transportada por las principales corrientes oceánicas

OCÉANO/ CORRIENTEMillones de m³ /

segundo

ANTÁRTICO

Corriente circumpolar antártica

100

ÁRTICO

Corriente de Groenlandia 6

Corriente del Mar de Noruega

1

ATLÁNTICO

Corriente del Golfo 70 — 90

Corriente de Florida 40

Corriente de Brasil 10 — 20

ÍNDICO

Corriente de Agulhas 20

PACÍFICO

Corriente del Perú 15 — 20

Corriente Kuro-Shivo 20 — 70

CUADRO 3. Código de nubes

NÚMERO TIPO ALTURA

APROXIMADA

(metros)

1 Cirros 8 000 — 9 000

2 Estratos 1 500

3 Cirrocúmulos ------------

4 Altocúmulos ------------

5 Altoestratos ------------

6 Estratocúmulus ------------

7 Nimbocúmulus ------------

8 Cúmulus 2 000

9 Cumulonimbos ------------

10 Nimbos ------------

CUADRO 4. Código de visibilidad

NÚMERO VISIBILIDAD NIEBLA

0 50 metros Densa

1 200 metros Delgada

2 400 metros Moderada

3 1 000 metros Tenue

4 1 milla náutica Calimo

5 2 millas náuticas Mala visibilidad

6 5 millas náuticas Buena visibilidad

7 10 millas náuticas Buena visibilidad

8 30 millas náuticas Buena visibilidad

9 Más de 30 millas náuticas Excelente visibilidad

Nimbos: son nubes negras, de forma irregular, que siempre generan lluvias. Su forma más corriente es la asociada, algunas veces como nimboestratos, y otras, como cúmulo-nimbos.

Cuando la luz del Sol o de la Luna incide sobre las nubes formadas por cristales de hielo, como en el caso de los cirro-estratos, se origina una serie de bellos anillos luminosos denominados halos, a los que es más fácil observar con la luz de la Luna, debido a que la del Sol es muy intensa.

En sus estudios sobre el clima y el tiempo, los meteorólogos toman en cuenta, entre otros datos, los diferentes tipos de nubes y su extensión en el cielo, a esto lo llaman nubosidad.

Otro tipo de condensación de las masas de aire saturadas de vapor de agua se presenta en la niebla, que se forma cuando estas masas hacen contacto con el suelo o con la superficie del mar, generalmente en los días cálidos de verano donde al llegar la noche, el enfriamiento de la atmósfera produce la niebla. En ciertas regiones es más frecuente este fenómeno, y a veces la niebla es tan intensa que se pierde la visibilidad a centímetros de distancia. Las nieblas son muy comunes en el mar.

Al aumentar el vapor su volumen en la atmósfera, las gotas de agua incrementan su peso, provocando lluvia; cuando este peso se hace mayor aumenta la velocidad de caída, con lo que la lluvia se intensifica y puede transformarse en una tormenta. La frecuencia e intensidad de las lluvias son variables en las diferentes regiones de la Tierra y cambian de acuerdo con la evaporación y con la latitud; pero se ha calculado que se produce una precipitación promedio de 89.7 centímetros por año.

El diámetro de las gotas de agua oscila entre una décima de milímetro y 5 milímetros, siendo el término medio de 2 milímetros. La duración de la lluvia es más breve si es mayor el tamaño de las gotas, como ocurre en los chaparrones o aguaceros.

El relieve topográfico desempeña importante papel en la frecuencia de las lluvias. Las montañas obligan a elevarse a las masas de aire, lo que provoca la rápida condensación del agua y su precipitación como lluvia o nieve.

Sin embargo, existen regiones en las que la nubosidad es bastante elevada, y la pluviosidad, es decir, la cantidad de lluvia, escasa, por lo que las nubes sólo en raras ocasiones provocan la precipitación. En estas regiones, el problema grave es la sequía.

En los océanos la precipitación anual varía de acuerdo con su extensión superficial, por lo que es mayor en el Océano Pacífico, después en el Índico y menor en el Atlántico; también cambia por la latitud, y es mayor en las zonas subecuatoriales de ambos hemisferios en los tres océanos y menor conforme aumenta la latitud tanto al norte como al sur en el Atlántico y Pacífico; pero en el Índico se localizan los cambios principalmente en la latitud sur.

El vapor de agua atmosférico condensado cae en diferentes formas, ya sea nieve o granizo, dependiendo de las condiciones locales. La nieve aparece cuando las masas de aire cargadas de vapor de agua se

encuentran con otras cuya temperatura es inferior a 0°C, entonces, el agua cristaliza y forma las "estrellitas de la nieve", durante su caída pueden aglomerarse y formar los copos de nieve, con diverso grado de dureza y tamaño.

La forma de granizo puede destrozar las cosechas ya que a veces el tamaño de los cristales llega a ser hasta de 5 a 10 centímetros pesando varios gramos.

Cuando los rayos solares inciden sobre las gotas de agua que se encuentran en la atmósfera, la luz se refleja y se descompone formando el espectro normal de la luz, que se observa en forma de un arco de siete colores, llamado arco iris.

Otro fenómeno atmosférico que se presenta en el océano es el fuego de San Telmo, que se origina cuando existe una diferencia de potencial eléctrico muy grande, que hace que de los objetos terminados en punta se desprendan electrones que chocan con la molécula de aire y producen chispas. Esto es muy común observarlo en el mástil de los barcos.

Con todo lo anterior, se puede apreciar que los océanos ceden a la atmósfera enormes cantidades de vapor de agua gracias al fenómeno de la evaporación que se origina en su superficie, sobre todo en las regiones ecuatoriales y tropicales, en donde la elevada temperatura lo favorece.

Las masas de aire caliente de estas regiones, cargadas de vapor de agua formando la humedad, se elevan en la atmósfera y se dirigen hacia los continentes debido a los vientos procedentes del océano, y al hacer contacto con las montañas se elevan hacia las zonas frías. Por la acción del choque con las masas en forma de nubes que, arrastradas por el viento, provocan la lluvia.

El agua cae sobre el mar y sobre la tierra; cuando lo hace en el mar retorna enseguida a su punto de partida; cuando cae en la tierra, ha de seguir caminos muy distintos hasta reintegrarse a él, estableciendo el llamado ciclo hidrológico.

Una parte del agua que se precipita sobre la tierra corre por la superficie de ésta, se concentra en arroyuelos y luego en ríos que erosionan y disuelven los materiales que se encuentran a su paso y que la llevan, por último, al mar.

El suelo es recorrido por una inmensa red de torrentes, arroyos y ríos que alcanzan, en conjunto, una longitud de más de 130 000 kilómetros y envían sus aguas al lecho de corrientes caudales. La masa de agua arrojada por estas corrientes principales, calculada en unos 13 000 millones de metros cúbicos por hora, es recogida por el océano, en el cual se decanta el fango que ella arrastró, y queda en su fondo, y se limpia, combinándose con las sales de sodio, potasio, calcio y magnesio, Luego, el Sol la evapora nuevamente y se originan las nubes, enriquecidas en oxígeno por la acción de los vientos, y vuelven a viajar de nuevo a la tierra. Aquí, el frío condensa el vapor de agua, que cae como lluvia o rocío.

Otra parte del agua que cae sobre la tierra se infiltra y constituye el agua subterránea, formando la capa acuífera que al filtrarse y formar manantiales es aprovechada por los vegetales, los animales y el hombre. Y otra tercera parte se evapora y vuelve a la atmósfera.

Figura 24. Ciclo hidrológico.

Figura 25. Alteración del ciclo hidrológico por tala.

El ciclo ha sido alterado por la acción del hombre al talar los bosques, lo que provoca que el agua se precipite rápidamente al mar, haciendo que los ríos se desborden y luego se sequen, que la tierra fértil sea arrastrada y aumente la erosión, que la capa acuífera desaparezca y, por lo tanto, que el agua no se aproveche.

Este ciclo existe desde los más remotos tiempos de formación de la atmósfera y de la hidrósfera y ha mantenido más o menos constante la cantidad de agua existente en la Tierra.

Si se detuviera esta maravillosa colaboración del Sol, la atmósfera y el mar, bastarían unas semanas para que la vida desapareciera totalmente de nuestro planeta. La masa de agua que el mar confía al cielo durante un mes bastaría para que un país de la extensión de Francia quedara oculto más de 30 metros bajo las olas.

Para mantener el equilibrio del ciclo hidrológico y, por lo tanto, de la vida, el océano llega a regir severamente la distribución de los vientos y de las precipitaciones. La mayor parte de las tormentas que estallan en la atmósfera que está cubriéndolo y que tratan de penetrar en tierra son ahogadas en su seno,

haciéndoles gastar su energía por el rozamiento contra su superficie, cargándolas con pesado vapor de agua, frenándolas y desorientándolas y así, muchas veces, cuando llegan a las costas, las tempestades están a punto de extinguirse manteniendo este equilibrio.

Si una de estas furias descargara sobre un continente con su fuerza inicial, ningún ser viviente, nada de cuanto los hombres han construido, quedaría en pie en miles de kilómetros cuadrados.

El agua tiene un papel esencial en las actividades del planeta desde tiempos muy remotos, y sin duda continuará siendo un factor decisivo de multitud de fenómenos mientras éste exista; sin embargo, la abundancia del agua en la naturaleza y el continuo contacto que con ella se tiene en todos los momentos de la vida, hacen que no se le conceda la importancia que realmente tiene y debe concedérsele.

Como esta agua es indispensable para que se conserve la vida, se hace necesario que la humanidad tome conciencia de lo importante que es utilizarla razonablemente, cuando pasa sobre los continentes, deteniéndola lo más posible para hacerla rendir en su beneficio.

XII. EL OCÉANO Y EL CLIMA

EL CONJUNTO de factores meteorológicos como la temperatura, la presión atmosférica, los vientos, la humedad y las precipitaciones, es tomado en cuenta para estudiar las características de la atmósfera, y cuando este estudio se realiza en el momento en que se presentan los fenómenos, se dice que se está conociendo el tiempo.

Por lo tanto, se puede definir como tiempo al estado total de la atmósfera en un momento y en un lugar determinados. Se dice "el tiempo es caluroso y húmedo", cuando la temperatura del aire es alta y abunda el vapor de agua a cierta hora del día.

Por clima se entiende al conjunto de factores meteorológicos que caracterizan a la atmósfera, a través de ciertas épocas del año, en un punto dado de la superficie terrestre. En el planeta existen, por ejemplo, regiones secas y frías, otras húmedas y calurosas, y estas regiones climáticas se encuentran en diferentes latitudes.

Tanto el tiempo corno el clima están caracterizados principalmente, por la temperatura y la humedad atmosféricas pero se tiene que tomar en cuenta otros factores como, por ejemplo, los vientos, que en un momento dado también van a introducir características específicas como los llamados nortes.

Los meteorólogos, científicos que estudian la atmósfera, han preparado clasificaciones de los climas tomando en cuenta estas características. Entre las clasificaciones más conocidas está la de Koppen, que ha sido modificada por la investigadora mexicana Enriqueta García Amaro.

La temperatura del océano es el primer factor que interviene en la acción que éste ejerce sobre el clima del planeta. El agua del océano puede almacenar enormes cantidades de energía solar, es decir, de calor, el cual se desprende de ella progresivamente, sin que la temperatura oceánica varíe en forma sensible durante el proceso.

Por ejemplo, la Corriente del Golfo, que lleva aguas con temperatura alta, sale del Golfo de México y llega hasta las costas europeas haciendo que las riberas orientales del Océano Atlántico sean más cálidas que las occidentales; por regla general, la ciudad de Lisboa no tiene nevadas durante casi todo el invierno, mientras que Nueva York, que está situada en el mismo paralelo geográfico, sí las presenta, y todo su invierno tiene temperaturas por debajo de 0°C.

Se tiene que diferenciar el concepto de calor del de temperatura, ya que el calor es una cantidad de energía determinada que absorbe un cuerpo y la temperatura, por otro lado, es la unidad de medida de esa cantidad de energía; por ejemplo, si se calienta con la misma llama dos cantidades equivalentes de agua y hierro, ambas absorben la misma cantidad de calor, sin embargo, el hierro alcanza mayor temperatura antes que el agua, la cual tarda más en llegar al mismo grado térmico, a pesar de estar sometida al mismo calor. Si se retira el fuego del agua y del hierro a la vez, se observa que el metal se enfría rápidamente, mientras que la temperatura del agua tarda mucho en descender, pues retiene el calor absorbido.

Esta propiedad es la que convierte al océano en el gran regulador meteorológico y climático y, por lo tanto, se pueden reconocer dos tipos extremos de clima: el marítimo y el continental.

El clima continental se caracteriza por ser muy extremoso, es decir, presenta veranos calurosos e inviernos fríos; la diferencia de temperatura entre una y otra estación durante un año es grande, y lo mismo ocurre con la temperatura durante las 24 horas del día: las mañanas son muy calurosas y las noches muy frías. Otras de sus características son la presencia escasa de nubosidad y de carencia de precipitaciones atmosféricas en muchas regiones. Un ejemplo extremo se presenta en Siberia: en sus planicies se registran temperaturas que en verano llegan a los 30°C y en invierno descienden a menos de 60°C, lo que da una

diferencia anual de 90°C.

El clima marítimo tiene una mayor uniformidad, ya que sus veranos son frescos y sus inviernos suaves. Las diferencias anuales son mínimas, lo mismo que las que se presentan cada 24 horas. El cielo, generalmente, está cubierto por nubes, por lo que con frecuencia caen lluvias, y en algunos mares a veces se presentan 250 días de lluvia por año. Las nieblas también son frecuentes.

Los rangos de temperatura anual son menores en los climas marítimos que en los continentales; por ejemplo, Nueva Zelanda tiene un clima marítimo con variación de 15°C mientras. que en Lincoln, Nebraska, con uno típicamente continental, el rango es de 31°C.

Las regiones costeras están principalmente sometidas a clima oceánico, sin embargo, sufren también las consecuencias del régimen climático continental y tienden a cambiarse, poco a poco o súbitamente, en un clima continental típico.

Las diferencias entre el clima oceánico y el continental se deben a que la superficie de los continentes no almacena grandes cantidades de calor, y por lo tanto, su reserva térmica es muy escasa, de tal manera que el suelo se calienta muy rápidamente en verano, pero en invierno se enfría del mismo modo y, así el calor no tiene tiempo de penetrar en la tierra.

En cambio el océano, gracias a su masa y propiedades térmicas, absorbe grandes cantidades de calor, lo que le permite regularizar la temperatura del aire, y a la vez enviar a la atmósfera grandes cantidades de vapor de agua, dando un alto grado de humedad al clima oceánico, que es el segundo factor que interviene en la acción que el océano ejerce sobre el clima de la Tierra.

Las costas occidentales de los continentes en las latitudes medias, es decir, en las zonas templadas, presentan climas esencialmente oceánicos, en tanto que las costas orientales están sometidas a un clima típicamente continental. Este fenómeno se puede explicar por el hecho de que en estas regiones la circulación atmosférica se realiza de oeste a este y los vientos dominantes que soplan sobre las costas orientales proceden de comarcas frías y secas del interior del continente, en tanto que los vientos que rozan las costas occidentales aportan la dulzura y humedad de las áreas oceánicas, presentando temperaturas relativamente cálidas en invierno y frescas en verano, con cielo muy soleado.

Como ejemplo, se puede comparar el clima de Nueva York que es inhóspito con el agradable clima que se presenta en Portugal, en el Océano Atlántico; y el mismo caso se presenta en el Océano Pacífico, entre Yokohama, en donde la media de invierno es de 3°C y la de verano de 24°C, con lo que la diferencia anual es de 21°C, y San Francisco, que tiene una media de invierno de 10°C y de verano de 13°C, por lo que la diferencia es de 4°C.

Cuando se comparan las temperaturas superficiales del agua en ambas ciudades en estas dos estaciones del año se observa que en Yokohama la diferencia es de 9°C mientras que en San Francisco solamente es de 3°C.

En las regiones ecuatoriales se invierten estos climas debido a que la circulación atmosférica lleva un sentido inverso al que tiene en las regiones templadas, por lo que en las costas occidentales se encontrará una mayor influencia continental, mientras que en las orientales se presenta la oceánica.

El océano no sólo es responsable de las variaciones del clima de las regiones costeras, sino que influye también en el clima de los continentes enteros, en donde hace cambiar a las estaciones del año; durante el verano acumula calor, del que se desprenderá poco a poco en invierno; del mismo modo, el calor reinante en los continentes durante del verano resulta mitigado por las masas de aire fresco procedentes del océano.

El calor y el frío, la lluvia, la humedad, la nieve, la sequía y la presión atmosférica son consecuencia de un constante intercambio de calor, frío y vapor de agua entre el océano y la atmósfera, lo que representa un gran regulador térmico, una gigantesca máquina de vapor accionada por el sol, en cuyo interior se

encuentran en continuo movimiento enormes cantidades de energía.

Es fácil advertir las variaciones en el calor y humedad acumulados en las diferentes regiones de la atmósfera ya que se hacen patentes en forma de vientos y tormentas, pero lo que resulta más difícil de observar son los correspondientes movimientos de masas de agua fría o caliente en los océanos que forman las corrientes tanto superficiales como profundas.

Estas corrientes marinas ejercen gran influencia sobre el régimen climático del planeta, y las principales son la Corriente del Golfo y la del Kuro-Shivo. La más espectacular es la primera, que lleva aguas cálidas y saladas a una velocidad de 9 kilómetros por hora cuando atraviesa el estrecho de Florida, y transporta diariamente mil veces más agua que el Misisipí. Cuando llega al norte de Europa, su temperatura ha descendido mucho y es muy difícil que alguien quiera bañarse en sus aguas.

Frente a las costas de Noruega, por ejemplo, la temperatura media del agua, en verano, es de unos 12°C. Esto se debe a que por su temperatura relativamente alta, el agua transportada por la corriente se evapora sobre el Atlántico Norte en grandes volúmenes y provoca una corriente atmosférica que rechaza el aire frío procedente del Asia central, que de otro modo invadiría durante la mayor parte del año el centro y el norte de Europa: Cada dos años se producen ligeras variaciones en este régimen, y es entonces cuando en Europa Central se presentan fuertes nevadas invernales que dan una idea de las temperaturas que se registrarían de no existir la Corriente del Golfo.

Así los tipos de clima que caracterizan una provincia geográfica dependen mucho de los cambios de energía entre los don grandes dominios: la atmósfera y el océano, producidos por las absorción de calor y la evaporación que se lleva a cabo.

Se ha logrado localizar las zonas de máxima evaporación mediante las observaciones meteorológicas y oceanográficas; lo que permite a los científicos elaborar las cartas meteorológicas en donde se señalan dos categorías de zonas: las primeras son aquéllas en donde el océano cede energía a la atmósfera, mientras que en las segundas ocurre lo contrario. Según la estación del año, estas zonas experimentan variaciones durante el día que se registran en las estaciones meteorológicas y se dan a conocer en los llamados reportes del tiempo, de gran importancia para la navegación.

Estas estaciones meteorológicas proliferan en todo el mundo y cada vez forman una red más ancha y larga en la superficie del planeta; continuamente se instalan nuevas estaciones en los lugares más apartados e inhóspitos de continentes e islas, pero que permiten tener un registro más completo.

La misión principal de la meteorología es la de conocer, con precisión, el tiempo que reina sobre el globo terrestre, con el fin de predecir cuál será el tiempo inmediato, aunque los métodos todavía no son tan exactos como sería de desear y hasta ahora sólo es posible la previsión a corto plazo; pero a medida que avanzan los estudios meteorológicos y oceanográficos se vislumbra la posibilidad de establecer las predicciones con una anticipación cada vez más amplia.

Los meteorólogos reciben cuatro veces al día, por medio de la radio, reportes en los que se incluyen las observaciones de las estaciones nacionales e internacionales, y gracias a ellos pueden levantar sus mapas bicotidianos que contienen el registro de las presiones barométricas, la dirección y fuerza los vientos, las zonas de lluvia, el sentido de propagación de los ciclones y anticiclones, y la temperatura. Actualmente esta información se complementa con las fotografías que son enviadas por los satélites artificiales que se mueven alrededor del planeta, permitiendo que los reportes tengan mayor precisión.

Cuando se mira hacia el futuro se puede decir que, al aumentar el conocimiento de la acción del océano sobre el clima y el tiempo se podrá elaborar un sistema unificado para sus pronósticos con la precisión que en la actualidad se necesita, ya que éstos sólo son valederos para 24 o 36 horas, y más allá de este punto la precisión disminuye en forma constante y luego de los 3 o 4 días pierde toda validez.

No obstante lo anterior; con buena información del mar-aire y también con otros datos, tales como la

radiación recibida del Sol, se está empezando a registrar más datos gracias a los estudios con satélites; los meteorólogos creen que el período abarcado por pronósticos precisos se podrá extender hasta por dos semanas.

El estudio de la zona de interacción aire-mar inmediatamente por encima y por debajo de la superficie del océano motiva grandemente a los meteorólogos y a los oceanógrafós físicos, porque es una zona sumamente difícil de comprender y esto les significa un reto.

Los meteorólogos y los oceanógrafos están trabajando juntos, y a medida que pasen los años los resultados que obtengan permitirá pronosticar con mayor precisión al tiempo y al clima, evitando muchas de las desgracias que en la actualidad todavía se presentan y dando una mayor seguridad a la navegación oceánica y aérea.

XIII. INSTRUMENTOS Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN EN OCEANOGRAFÍA FÍSICA

LA OCEANOGRAFÍA FÍSICA, Como ciencia experimental, basa su método en la obtención de la información directamente del océano. A causa de la movilidad de la superficie del mar por la que deriva el buque oceanográfico, de la gran distancia a que a menudo se encuentran los elementos para la toma de muestras y a las propiedades físicas particulares del agua de mar, la labor del oceanógrafo es extremadamente difícil, y la preparación de instrumentos de medida o registro plantea arduas tareas a los técnicos.

El océano es un sistema dinámico en donde los fenómenos físicos, químicos y biológicos se llevan a cabo con ritmo sumamente acelerado, además se producen escalas de muy diferente magnitud. Algunos se presentan a lo largo de miles de kilómetros, como por ejemplo el desplazamiento de las grandes corrientes oceánicas, mientras otros se efectúan a escala molecular, como los de difusión.

Estas características tan especiales que presenta el estudio del mar, hacen que en la actualidad, además de contar con personal altamente capacitado, se necesite equipo adecuado para lograr los objetivos planteados.

Para ello se han desarrollado diversos aparatos que incluyen una gran variedad de modelos, algunos para su uso en el mar en tanto que otros son de aplicación en el laboratorio.

Todos los instrumentos que se utilizan en oceanografía física han sido diseñados para satisfacer la condición de ser precisos y responder, a la vez, a la necesidad de soportar el trato arduo, ser mecánicamente seguros y sencillos y prestarse para trabajar a grandes profundidades.

La obtención de muestras en oceanografía física se realiza teniendo en cuenta que el barco dispone de un cabrestante o güinche capaz de bajar los aparatos a grandes profundidades; el oceanógrafo físico registra, entre otros factores, la temperatura y recolecta muestras de agua a profundidaes fijas. Después de detener el barco, que se mantiene inmóvil en lo posible mediante hélices auxiliares, se hacen descender los instrumentos en grupos de manera que el primero que entró al agua se encuentre a la profundidad máxima compatible con el fondo, mientras otro grupo de instrumentos explora la capa inmediatamente superior, y así sucesivamente, hasta llegar a la superficie.

Entre estos instrumentos se encuentran las botellas para tomar muestras de agua, que han sido construidas de diversas formas y combinadas con los termómetros son los aparatos más antiguos usados por los oceanógrafos de todos los países. La primera botella fue construida por Hooke en 1667.

Entre estas botellas se encuentra la botella de inversión, ideada en 1912 por el oceanógrafo Fsidjot Nansen. Está formada por un tubo metálico en cuyos extremos se hallan dos válvulas exteriores de paso que se mantienen abiertas durante su descenso. Mediante la caída de un peso llamado mensajero, enviado desde la superficie que corre sobre el cable de sostén de la botella, se provoca el cierre de las válvulas atrapando una muestra de agua de uno o dos litros, a fin de determinar su salinidad y contenido de oxígeno. El mensajero queda libre en el cable para deslizarse por él y hacer invertir a las siguientes botellas hasta llegar a la mayor profundidad.

Esta botella está provista de 2 tubos portatermómetros en donde se colocan los termómetros de inversión, que fueron diseñados por la firma Negretti Zambra de Londres en 1874, y que han evolucionado hasta llegar a los que se manejan en la actualidad y que tienen una precisión hasta de 0.01°C. Estos termómetros operan de tal manera que sólo pueden registrar la temperatura en el momento en que la botella se voltea. En la misma botella se coloca un termómetro auxiliar que permite registrar la temperatura en el momento de hacer la lectura en el inventario, con el fin de hacer las correcciones necesarias, ya que la lectura se

hace en la superficie del agua a una temperatura diferente a la que se encontraba en la profundidad.

Figura 26(a). Botella de tipo Nansen.

Figura 26(b). Movimiento de la botella de Nansen.

Los fenómenos, el de inversión y el auxiliar, ocupan el interior de un tubo de vidrio grueso cerrado, lo que hace al dispositivo insensible a la presión de inmersión por lo que se les llama termómetros de inversión protegidos; también existen los no protegidos expuestos a la presión y cuyo protector está abierto por uno de sus extremos que sirven para determinar la profundidad a que se hacen las observaciones.

Cuando los instrumentos son izados a bordo, las temperaturas se leen con gran cuidado utilizando una lente de aumento, mientras el agua de las botellas se recoge en frascos de vidrio, donde se guarda para los análisis posteriores.

En los océanos la temperatura presenta variaciones sobre todo en sus capas superficiales, por lo que los oceanógrafos físicos han construido aparatos para registrar las variaciones en puntos localizados muy próximos de estas capas superficiales. Estos aparatos se llaman batitermógrafos. Con estos registros trazan gráficas que permiten conocer las variaciones de la temperatura a profundidades moderadas.

Figura 27. Batitermógrafo.

Los batitermómetros tienen la ventaja de funcionar, mientras el barco está navegando hasta a velocidades de 18 nudos, pero la más recomendable es la de 12 nudos; se les lanza desde el barco sujetos a un cable de alambre mediante un güinche para ese propósito, y esta operación es rápida y relativamente fácil. El aparato penetra verticalmente en el agua, a pesar de la velocidad del barco, y registra directamente la temperatura en relación con la profundidad hasta los 300 metros. Su precisión no es muy elevada, pues no va más allá de un décimo de grado, pudiendo registrar temperaturas entre menos 2°C y 32°C.

Otra característica del agua marina que interesa a los oceanógrafos físicos es la transparencia o penetración de radiaciones luminosas, y para medirla utilizan el disco de Secchi, disco de metal o de madera de color blanco, de 30 centímetros de diámetro, que se sujeta con un cable graduado que permite medir a qué profundidad deja de observarse el disco, lo que nos indica la penetración de las radiaciones luminosas.

Después de la segunda Guerra Mundial, gracias a la electrónica y al empleo de los fotomultiplicadores, se han construido aparatos y dispositivos que registran la transparencia en el seno mismo de las aguas oceánicas. Los fluorómetros o espectrofotómetros han permitido grandes progresos.

Actualmente se efectúan con estos aparatos estudios para determinar la polarización residual submarina de la luz diurna, es decir, la posibilidad que presenta el agua de modificar los rayos luminosos de tal manera que queden incapaces de refractarse o reflejarse de nuevo en ciertas direcciones. Una parte de la luz, en efecto, es polarizada por estas aguas del mar y esta fracción es mínima en las direcciones normales a la dirección aparente del Sol. El factor de polarización es muy variable, según las diversas aguas estudiadas, y su valor depende de la naturaleza y de la cantidad de las partículas sólidas en suspensión.

La propagación del sonido en el agua del mar es otro de los factores físicos que se estudian en oceanografía, en su rama llamada acústica submarina.

Esta propiedad del agua del mar fue conocida desde los tiempos remotos y Leonardo da Vinci (1452-1519) sabía que el agua es un buen conductor del sonido. Registró el hecho de que las embarcaciones podían escucharse "a gran distancia" mediante el uso de un tubo en forma de trompeta, sumergiendo un extremo del mismo en el agua y apoyando el otro en el oído. Se piensa que el rumor que oía era el chapoteo de los remos de las galeras.

Para enviar señales entre sus botes, los pescadores de Ceilán, desde hace mucho tiempo, producen un sonido agudo golpeando una olla porosa sumergida en el agua, el cual se escucha a considerables distancias apoyando el oído contra el casco del bote.

En 1826, V. D. Colladon y F. K. Sturm realizaron la primera medición de la velocidad del sonido en las aguas del lago de Ginebra. Utilizaron una campana de iglesia de 63 kilogramos, sumergida a 3 metros de

profundidad golpeándola con un martillo para que emitiera ondas. El destello producido por la combustión de una carga de pólvora al mismo tiempo de golpear la campana, indicaba el instante del origen del sonido. El detector consistía de una gran trompeta con un extremo sumergido. Ello permitió registrar el sonido a distancias hasta de 12 800 metros en aguas con profundidad media de 128 metros.

En 1841, Colladon repitió el experimento usando una campana mucho más pesada, y logró percibir sonidos a distancias de 32 000 metros, lo que indicaba que el uso de aparatos adecuados posibilitaría lograr alcances de varios centenares de kilómetros. Esto le permitió reconocer y destacar claramente la posibilidad del uso práctico del registro del sonido en la señalización submarina.

En aquella época, varios investigadores británicos y alemanes llevaron a cabo estudios sobre el sonido submarino, pero ninguno desarrolló aparatos aptos de uso preciso y práctico. Ya por el año de 1898 fue evidente que la señalización submarina era factible, pero no llegó a perfeccionarse el instrumental que la haría comercialmente accesible.

En ese mismo año, A. J. Munday y E. Gray, junto con J. B. Millet, con el objeto de formar una campana submarina de señalamiento crearon un sistema adaptable al uso comercial consistente en que los sonidos producidos por una campana sumergida podrían oírse a considerables distancias utilizando un micrófono dentro del agua, suspendido desde un buque que se quedaría al garete y en mar tranquilo para evitar que registrara los ruidos de sus motores. Posteriormente, Gray instaló un micrófono en una armadura pisciforme y logró resultados satisfactorios, remolcándola detrás de la embarcación en movimiento.

La siguiente mejora fue introducida por Gray y Munday en 1902, y consistió en colocar los micrófonos en tanques llenos de agua, construidos en el interior del casco, debajo de la línea de flotación, de modo que el casco formara una de las paredes del tanque. Cuando los tanques se emplazaron en ambos lados del casco, resultó posible determinar el lugar aproximado de la fuente de origen del sonido.

Campanas submarinas de diseño especial fueron construidas para el uso de los buques-faros, y la primera quedó instalada en el buque-faro número 54 en el puerto de Boston en 1903. El servicio aportado por esta campana cuando se navegaba con malas condiciones de visibilidad resultó de ayuda tan valiosa que a los pocos años el sistema fue adoptado en muchos buques-faros importantes de los Estados Unidos y otras partes del mundo, con el inconveniente de que no era adecuado para la emisión de señales en código Morse.

Sin embargo, en 1912 R. A. Fessenden inventó un oscilador electrodinámico que aumentó sensiblemente el alcance de la señalación submarina, permitiendo la rápida transmisión de señales en código Morse.

Hasta la segunda Guerra Mundial no se descubrió que el sonido puede llegar muy lejos propagándose en sentido horizontal. Cuando se dotó a los destructores y cazasubmarinos estadounidenses con aparatos especialmente diseñados para la detección de ruido de los motores de los submarinos enemigos, se observó que muchas veces volvía a perderse la pista de un submarino oportunamente detectado, como si de pronto hubiese entrado en una "zona del silencio". Era inconcebible que el submarino hubiera descendido a una profundidad tal que el sonido se perdiese antes de llegar al aparato detector.

Los investigadores se interesaron por el fenómeno y descubrieron que en el mar existen capas horizontales de diferente conductibilidad sonora. Las capas calientes son mejores conductoras del sonido que las de agua fría. Donde capas calientes y frías se hallan superpuestas, los sonidos procedentes de las frías no penetran en las calientes, sino que son reflejados por el plano divisorio.

Así se explicaba la repentina desaparición de los submarinos: pasaban de las capas calientes a otras donde el agua estaba más fría e impedía la propagación del sonido.

En principio los investigadores calculaban la velocidad de propagación del sonido en el agua oceánica a partir de la salinidad y la temperatura, pero desde hace unos 80 años se diseñaron aparatos llamados ecosondas y sonares, que permiten estudiar las características del océano usando los métodos acústicos.

En estos aparatos se registra la energía del sonido en un papel donde se hace una gráfica, una vez que el sonido regresó y fue registrado después de "chocar".

Los adelantos de los conocimientos sobre la propagación del sonido en el océano se han aplicado para estudiar las profundidades oceánicas utilizando las ondas ecoicas, seguidas poco después por las ultrasonoras que revolucionaron a fondo la técnica del ecosondeo.

Existen actualmente ecosondas como la JFV-l00, que está unida a un microprocesador el cual le permite manejar un mayor número de datos y obtener más claridad en sus gráficas. Esta unidad cuenta con velocidad de sonido ultrafuerte, y puede detectar peces delgados y cardúmenes pequeños que se encuentran en acción, expandiendo su eco en una pantalla a color de 10 pulgadas.

Otro adelanto es la creación de la ecosonda con video, como la Furuno FCV-201, que da una gran definición del piso del océano y una visión aumentada de la vida de los peces, grabando sus datos en un cassette de video.

También han evolucionado los sonares, y hoy existen los que trabajan a color, como el Skipper S1 13 considerado el más pequeño con ideas grandes, el cual maneja los datos de un sonar y los de navegación al mismo tiempo en la pantalla, como serían los del rango, inclinación, distancia, profundidad, situación del cardumen, temperatura del agua del mar, velocidad, etcétera. Cuenta con 8 colores en una imagen fija y brinda finos detalles en una pantalla de pulgadas. Realiza la localización horizontal y vertical del objeto en forma automática, pudiendo aparecer los datos en inglés, español, francés o noruego.

Para determinar los movimientos que suceden en el mar se han diseñado instrumentos destinados a medir la velocidad y dirección de las corrientes marinas, denominadas correntómetros o correntógrafos, con los que se pueden registrar las características de la corrientes de manera instantánea. Los primeros correntógrafos fueron construidos hace mucho tiempo y actualmente existen 3 tipos: los mecánicos, los electromagnéticos y los de deriva.

Los mecánicos, creados por el noruego Ekman, gozan aún del aprecio de los oceanógrafos, y se basan en la rotación de una hélice, la inclinación de un péndulo y la resistencia al avance de un disco. Estos mecanismos están calibrados para medir la velocidad de la corriente con base en la posición relativa de una veleta, que orienta el instrumento respecto de un compás magnético para determinar la dirección de la corriente. En la actualidad este dispositivo ha sido reemplazado por el llamado roto de savonius, que permite hacer registros más precisos de la dirección y velocidad de las corrientes.

Otros investigadores prefieren utilizar la electrónica para estudiar a las corrientes y emplean cintas magnéticas, permitiendo la transmisión de datos por un cable a una boya que remata en el correntógrafo, donde los resultados de las mediciones pueden archivarse en una memoria o enviarse directamente por radio a tierra; también pueden utilizarse en este trabajo los satélites.

Los correntómetros pueden operar con el barco fondeado, suspendidos a gran profundidad, fijos a un cable lastrado, o sobre una estructura apoyada en el fondo del mar. El fondeo de los barcos en zonas de gran profundidad se ha resuelto gracias al empleo de cables de materia plástica, sin embargo, continúa el problema de la localización, debido a que en alta mar, donde ni aparatos ópticos, como los teodolitos, ni radar pueden usarse, resulta muy difícil determinar con precisión la posición del barco y, por consiguiente, el punto exacto donde se efectúa la medición de la corriente.

Por medio de la electrónica se ha tratado de resolver el problema de la localización de las embarcaciones en el océano, creándose varios sistemas, como el Loran, que emplean el mismo principio. Estos sistemas utilizan estaciones en tierra que emiten continuamente datos del punto donde están situadas y el barco, por su parte, está equipado con un receptor que determina automáticamente la posición de las estaciones con respecto a donde se encuentra operando, con lo que se llega a obtener la posición de un barco en altamar con una exactitud de algunas docenas de metros.

También en los últimos años ya se cuenta con el llamado navegador por satélite, que es un aparato conectado a un satélite artificial que le permite navegar utilizando el piloto automático con un error que no pasa de los 10 metros en 24 horas.

Uno de los últimos diseños de este navegador por satélite, el FSN-70 de la planta Furuno, tiene una memoria que le permite manejar más de 300 situaciones diferentes. Con estos datos en el barco se pueden registrar las distintas áreas de pesca y se podrá regresar a ellas con gran exactitud.

En un puerto soviético del Mar Negro entró en funcionamiento en 1985 una estación de comunicaciones marítimas vía satélite, pudiendo los barcos intercambiar información en cuestión de segundos con su puerto.

Este método permite evitar la zona del espacio circumterrestre, saturada con las ondas de radio, y crear canales estables de comunicación sin interferencias para emplearlos en las líneas costa-satélite-barco y viceversa.

El correntómetro electromagnético basa su funcionamiento en la medición de la fuerza electromotriz producida en la masa de agua, cuando una corriente marina atraviesa el campo magnético del planeta, cuyo valor es de un milivoltio por nudo de corriente. Es un instrumento reciente que permite determinar las características de las corrientes superficiales. La ventaja de este aparato es que puede funcionar con el barco navegando y su único inconveniente es que se limita a la capa superficial; se le llamó GEK iniciales de "geoelectrocinetógrafo", en inglés, siendo su inventor el oceanógrafo norteamericano W.Von Arx en 1950.

Los correntómetros de deriva constan de flotadores lastrados que les permiten quedar a la deriva a una cierta profundidad y de los cuales se determina la trayectoria.

Por otro lado, existen diferentes tipos de flotadores. El de paracaídas es un paracaídas común suspendido de una boya por un alambre lastrado. Se abre fácilmente al ser lanzado y se mantiene así impulsado por la corriente.

El flotador neutro de Swallow es un tubo de aluminio de 9 centímetros de diámetro y de unos 2 metros de largo que contiene un equipo para emitir pulsos sonoros y que se lastra para que flote a la profundidad deseada. Un buque capta las emisiones sonoras del flotador mediante 2 hidrófonos.

También se puede considerar como de deriva a las "boyas de flotabilidad neutra", dispositivo de aluminio que, con una gravedad específica determinada, se arroja por el costado del barco y se hunde hasta que encuentra agua de su misma densidad, con lo que la boya se desplaza y sus movimientos se siguen por medio de impulsos sonoros recogidos por un transductor que lleva la boya, el cual, a su vez, los envía al barco.

Las mareas son medidas con instrumentos llamados mareógrafos que registran el ascenso y el descenso de la superficie del mar. El tipo más común consiste en un flotador que sigue los cambios de nivel de la superficie del mar. Otros, más complicados, pueden medir las variaciones de presión, al estar dotados de un barómetro que se sumerge a cierta profundidad y que registra las mareas distinguiéndolas del oleaje.

Para registrar el oleaje existen los oleógrafos, con gran variedad de modelos, todos ellos utilizables en las proximidades del litoral. El más sencillo consiste en sumergir cerca del litoral, a profundidades de 7 u 8 metros, una pértiga graduada que descanse sobre una plataforma colocada en el fondo y que rebase el nivel del mar en una altura superior a la amplitud máxima de la ola. La observación se hará desde tierra.

Existen aparatos que permiten medir olas solitarias debidas a movimientos sísmicos o a las erupciones volcánicas, llamadas tsunamis; poseen filtros que eliminan las variaciones de nivel de periodo breve u oleaje y de periodo medio o mareas, registrando sólo a los tsunamis cuyos períodos son muy largos.

En la actualidad, para estudiar el oleaje, se pueden hacer modelos en piletas artificiales, en donde se utilizan los batidores de oleaje y los aparatos de registro del eco que se produce por las olas.

El diseño de los aparatos para la investigación en Oceanografía física se encuentra en la actualidad condicionado a lograr que éstos sean capaces de producir la mayor información por unidad de tiempo y con más precisión. Esta información se obtiene cada día en grandes cantidades, resultando imposible manejarla con métodos manuales, por lo que se ha incorporado a la investigación marina el uso de ordenadores a bordo de las embarcaciones para hacer posible el tratamiento matemático de los datos.

Los barcos oceanográficos modernos cuentan con estos ordenadores que son de dos tipos diferentes: el digital únicamente tiene la función de procesar los datos, produciendo listados, gráficas, modelos matemáticos, etcétera. El otro tipo de ordenador es aquel que también interviene en la colecta de los datos, y que actualmente se encuentra en su etapa de desarrollo, con la finalidad de llegar a medir, de forma continua, distintos parámetros físicos, químicos y biológicos.

El manejo de la información oceanográfica se hace cada día más complicado, por lo que los países y las organizaciones internacionales han creado los centros de datos con el fin de facilitar dicho manejo.

La Comisión Oceanográfica Intergubernamental de la UNESCO, ha publicado una guía de servicio internacional de datos sobre el ambiente marino, en donde se registran el Sistema de Información sobre Ciencias Acuáticas y Pesquerías, creado en 1959, perteneciente a la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, FAO; el Servicio de Datos e Información de la Agencia Internacional de Energía Atómica, IAEA; el Servicio de Hidrografía del Consejo Internacional para la Exploración del Mar, ICES; el Servicio de Datos de la Organización Internacional de Hidrografía, y el Centro Mundial de Datos Oceanográficos de la propia Comisión que pertenece a la UNESCO, entre otras.

Para lograr que las mediciones que se utilizan en el mar sean de provecho para un mayor número de investigadores, son necesarios la estandarización de los métodos, de las definiciones y de las unidades de medida, así como la calibración uniforme de los aparatos.

El progreso en el diseño y construcción de los diversos instrumentos que utiliza el oceanógrafo físico para revelar los misterios oceánicos no se interrumpe y se tiende cada vez más hacia la automatización y hacia la transmisión directa de las informaciones, con el fin de liberarse de la dependencia de cables metálicos que hacen difíciles y lentas las maniobras y operaciones, y de sustituirlos por la electrónica. El futuro arsenal oceanográfico cada vez estará más automatizado y el hombre intervendrá con su espíritu creador preocupándose de que, al finalizar cada campaña oceanográfica, la información obtenida se encuentre elaborada en principio, para publicarla inmediatamente y así lograr difundir los resultados para que sean aprovechados por otros investigadores.

XIV. LAS MATEMÁTICAS Y EL ESTUDIO DE LOS OCÉANOS. LA INGENIERÍA

OCURRE cada vez con mayor frecuencia que los jóvenes dotados para el conocimiento de las matemáticas encuentran ocupación en casi todas las esferas de la actividad científica, incluidas las ciencias del mar. Las matemáticas cobran cada día mayor interés en todos los aspectos de la investigación científica. Su campo de acción se extiende desde el estudio de los fenómenos físicos, químicos y biológicos hasta el de los económicos y sociales.

La investigación que se utiliza en las ciencias del mar, sea cual fuere la índole de su especialidad, basada en la observación de fenómenos colectivos o en numerosas observaciones respecto a uno en particular, debe siempre representarse numéricamente para lograr una comprobación experimental. Esto da, en gran medida, mayor rigor y validez a la mirada de conjunto y a la proposición de las conclusiones. Permite, asimismo, hacer predicciones, sobre todo de aquellos fenómenos cuya variación es tan grande que difícilmente se pueden expresar con rígidas fórmulas matemáticas, como en el caso de los fenómenos biológicos, psicológicos y sociológicos.

En los últimos tiempos, se ha manifestado una fuerte tendencia en las ciencias hacia la formulación de modelos matemáticos que consisten en la representación numérica de los elementos que forman un sistema en la naturaleza, los que permiten conocer sus interrelaciones y predecir su comportamiento, ya que constituyen la única forma de manejar situaciones muy complicadas y de probar hipótesis científicas básicas. Sin embargo todavía no se cuenta con modelos matemáticos enteramente satisfactorios en relación con los fenómenos que se suceden en la biología, especialmente en el océano.

En la actualidad la aplicación de las matemáticas en las ciencias del mar ha experimentado un progreso considerable, y muchos de los fenómenos que ocurren en el océano se han podido entender mejor contando con su apoyo.

Las matemáticas tienen relación directa con la investigación en la oceanografía física, auxiliándola en estudios de dinámica de las corrientes oceánicas, el comportamiento de las olas en sus índices de amplitud, las mareas, etcétera. Es por ello que el oceanógrafo físico tiene que dominar conocimientos en las siguientes áreas de las matemáticas: álgebra, análisis, cálculo diferencial e integral, análisis de vectores, métodos numéricos y programación de computadoras.

Los oceanógrafos químicos deben conocer las matemáticas hasta las ecuaciones diferenciales, siendo también de utilidad la información sobre estadística y programación de computadoras, sobre todo para estudiar los fenómenos fisicoquímicos que se presentan en el océano.

En la oceanografía geológica se utiliza álgebra, geometría, trigonometría, cálculo diferencial e integral, siendo convenientes algunos conocimientos de estadística y programación de computadoras. Los oceanógrafos que se especialicen en geofísica deben poseer sólidos conceptos de matemáticas, similares a los de los oceanógrafos físicos. Estos científicos pueden aplicar las matemáticas para resolver problemas de sedimentos, relacionados con la ingeniería de costas y fondos oceánicos, entre otros.

Los biólogos que se dedican al estudio del mar tienen que estar capacitados en estadística, cálculo y álgebra, siendo para ellos también conveniente el conocimiento de programación de computadoras, ya que infinidad de problemas biológicos necesitan de los métodos numéricos para poderlos cuantificar; como en los estudios sobre comunidades; que se hacen con el fin de conocer su crecimiento, reproducción y mortalidad.

Uno de los dominios más importantes de la oceanografía biológica actual es la productividad marina, cuyo estudio se basa, en parte, en las matemáticas y utiliza la estadística para comprender la dinámica de las

poblaciones.

El uso de las computadoras en la oceanografía biológica es fundamental, por los grandes volúmenes de información que permiten manejar, por la velocidad con que se realizan los cálculos y por la confiabilidad que ofrecen.

Las matemáticas son la base en la formulación de programas de las computadoras electrónicas para el estudio de los seres vivos del mar y sus relaciones con el medio ambiente ya que en estos estudios se manejan miles de muestras de agua para estudiar la existencia de multitud y su relación con las características fisicoquímicas del océano, como la concentración de sales y las variaciones en el pH.

En las investigaciones pesqueras, las dimensiones de los organismos o de sus conjuntos no pueden ser medidas en su totalidad directamente. Por ejemplo, no es posible medir todos los peces capturados y, menos aún, todos los peces, que existen en el mar. Se acostumbra examinar una parte o muestra de la población para deducir las características que la definen, porcentaje de peces maduros, la talla media de los mismos, etcétera. Con esta muestra, que es una representación del conjunto de la población, se puede hacer una estimación de los valores reales del todo.

Como ejemplo de lo anterior, se puede tener al estudio de la pesquería de la anchoveta, pez semejante a la sardina, con el que se elabora la mayor parte de la harina de pescado en el mundo y que forma una de las poblaciones de peces más grandes, llegándose a capturar hasta 12 millones de toneladas por año en la corriente del Perú. Esta especie, por su gran magnitud, constituye un sistema de la naturaleza, compuesto por múltiples elementos, cada uno con variadas características en que muchas de ellas se interrelacionan, permitiendo estas condiciones elaborar un modelo matemático en el que se puede simular el hecho real.

En el modelo se tienen que tomar en cuenta las existencias naturales de los organismos, lo que se llama stock, de la población de anchoveta, que se mueve en un escenario o marco ambiental, formado por los factores fisicoquímicos que constituyen el clima acuático.

El modelo matemático permitiría predecir muchos factores: las existencias capturables de la población de anchoveta, las variaciones de óptimo aprovechamiento de la captura, la reproducción de la especie en cuanto a número de huevos y larvas, el número de estas larvas que llegan al tamaño que les permite ser consideradas como parte de la población pescable (es decir reclutas), el esfuerzo pesquero, su mortalidad natural y la mortalidad por pesca, así como consideraciones de tipo socioeconómico y de rentabilidad de la captura.

Es decir, población pescable es igual a población natural más reproducción y reclutamiento, menos mortalidad natural y mortalidad por pesca.

S2 = S1 + (Rep. + Recl.) — (Mn + Mp)

El propósito de una pesquería es aprovechar racionalmente un recurso con el fin de obtener materia prima que sirva, directa o indirectamente, para la alimentación humana; y con modelos matemáticos como el anterior, se puede establecer el régimen de pesca, la duración de las temporadas de captura, los días de pesca de cada semana, el número de barcos que deben emplearse, la cantidad de producto que se ha de obtener, etcétera, lo que permitiría manejar correctamente la industria en favor de la especie humana.

Las matemáticas también pueden tener aplicación interdisciplinaria en el estudio del océano como en el caso de la percepción remota, técnica que permite obtener información sobre un objeto a cierta distancia del mismo, utilizando naves aéreas o espaciales (satélites). La captación de información se hace en estaciones colocadas en el mar y es transmitida a estaciones en tierra, a través de la atmósfera y espacio.

En las estaciones en tierra esta información se analiza por medio de computadoras, que permiten observar un mayor número de datos, Por ejemplo en una fotografía que se toma del océano, el ojo humano sólo

diferenciará 16 tonos de gris, mientras que la computadora permite analizar hasta 240, lo que es útil para ver los cambios que la contaminación produce en los factores fisicoquímicos del océano, y usando la fotografía infrarroja, se pueden localizar seres vivos y conocer su abundancia y distribución. Estos estudios del océano también tienen aplicación en investigaciones meteorológicas, de contaminación y de pesca, entre otras. El análisis de la percepción remota en la computadora permite resolver algunas dificultades que se presentan en la fotografía, producidas por la curvatura de la Tierra o por el exceso de nubosidad.

Las matemáticas, junto con las otras ciencias exactas, física y química, cuando se aplican a optimizar los recursos, los tiempos, las construcciones, etcétera, forman el campo de la ingeniería. Los ingenieros desempeñan un papel en muchos aspectos de la ciencia marina, que van desde el diseño de nuevos instrumentos hasta la construcción de obras monumentales en las costas. Las diferentes especialidades de la ingeniería (civil, mecánica, electrónica y química) intervienen en la construcción de puertos.

El ingeniero civil junto con los oceanógrafos físicos se encargará de estudiar las características hidrográficas y de la costa, para poder elaborar los planos de construcción de las obras, como aquellas que sirven para su mantenimiento, como por ejemplo las de dragado y las de protección de las costas como los espigones que son muros de piedra que se colocan en el mar perpendiculares u oblicuos a la orilla y que evitan la erosión.

Se ha definido a los puertos como "el lugar de la costa, natural o artificial, protegido de los temporales, en el cual los barcos pueden permanecer al abrigo de éstos, y realizar tanto las operaciones de carga o descarga de mercancía como las reparaciones y trabajos de mantenimiento necesarios". La mayoría de los puertos tradicionales del mundo estuvieron, en principio, localizados en la desembocadura de un río grande, como Rotterdam, Amsterdam y Amberes en el Rin; Nueva York en el Hudson; Nueva Orleáns en el Misisipí; Alvarado en el Papaloapan y Buenos Aires en el Río de la Plata.

Figura 28. Dragado de un puerto.

El concepto moderno de puerto se ha modificado y no sólo se les considera como lugares de abrigo, sino que representan sitios con complejas instalaciones especializadas, las cuales permiten diferenciar distintos tipos de puertos: comerciales, pesqueros, de recreo y militares, y su construcción y manejo está a cargo de los ingenieros civiles.

En estos puertos las instalaciones se pueden agrupar en cuatro tipos básicos: las obras de abrigo y los accesos marítimos y terrestres; las construcciones para el atraque de tráfico y el almacenamiento; instalaciones y equipo para el manejo de las cargas; y las de construcción, reparación y mantenimiento de las embarcaciones.

Entre las instalaciones de abrigo se encuentran los diques o rompeolas que forman las escolleras, especie de paredes sobre las que rompe la ola y que protegen de la acción del viento; pueden ser paralelas, convergentes y recurvadas y limitan la zona de aguas tranquilas donde pueden fondear los barcos, llamada

dársena.

Figura 29. Instalaciones de un puerto.

Los accesos marítimos son los canales de navegación para la entrada de las embarcaciones al puerto, los cuales deben tener el calado suficiente. Para construirlos se toman en cuenta las mareas, el oleaje y el transporte de sedimentos y para mantenerlos navegables, generalmente se usa el dragado. El acceso por tierra se encuentra en la zona de servicio del puerto y éste puede incluir carretera y ferrocarril.

Las construcciones para el atraque están representadas por aquellas en que las embarcaciones quedan inmovilizadas, denominadas muelles, que pueden tener diseños y tamaños muy variados, según el tipo de puerto de que se trate; lo mismo sucede con las obras para el tráfico, es decir, estacionamientos y andenes; con las de almacenamiento, bodegas, frigoríficos, etcétera; y con las instalaciones y equipo para el manejo de las cargas.

Figura 30. Escollera del puerto de Veracruz.

Las instalaciones para construcción, reparación y mantenimiento de las embarcaciones están formadas por los diques secos, los diques flotantes y los varaderos, que son construcciones que permiten dejar a la embarcación en seco para poder limpiar su casco de los organismos marinos que se les adhieren o para reparar las vías de agua por medio del calafateo y pintar con preparados anticorrosivos el casco.

Además de estas instalaciones de los puertos, se encuentra el área administrativa, la de producción de energía eléctrica, la de combustibles y las habitacionales.

El sistema de puertos comerciales en el mundo cada día se extiende más, siendo los principales los del Mediterráneo, donde se puede considerar que se establecieron los primeros: Génova, Marsella y Barcelona.

En la zona industrial de Europa están los puertos de Amberes, Rotterdam, Amsterdam, Hamburgo,

Bremen, Lübeck, Londres, y el de El Havre entre otros. Es también notable el puerto de Esbjerg en Dinamarca, que fue construido para dar salida a las exportaciones industriales y agropecuarias de este país, pero que por su proximidad con las ricas aguas del Mar del Norte, se ha transformado en uno de los principales puertos pesqueros del mundo, en donde actualmente se maneja un medio millón de toneladas de productos pesqueros.

Figura 31. Puerto de Salina Cruz, Oaxaca, México

El área asiática, que es una región industrial y comercial activa, cuenta principalmente con los puertos de Hong-Kong, Singapur y Kobe.

En África del Sur y Australia destacan los de Durban y El Cabo, así como los de Sydney, Melbourne y Adelaida.

Los países sudamericanos que producen grandes cantidades de materias primas e importan productos manufacturados, han construido grandes puertos, como Río Grande, Buenos Aires, Montevideo, Río de Janeiro y Recife, en el Atlántico; y Guayaquil, El Callao, Antofagasta y Valparaíso en el Pacífico.

La costa este de Norteamérica y el Golfo de México representan una de las zonas más productivas del mundo y por lo tanto de las más activas comercialmente. Sus puertos más importantes son: Toronto, en Canadá; Boston, Nueva York, Baltimore, en Estados Unidos, y Tampico, Veracruz, Campeche y Progreso en México.

En la costa oeste de Norteamérica también se localizan puertos comerciales importantes, como el Vancouver, en Canadá; Oakland, San Francisco, Los Angeles y San Diego con su base naval militar, en Estados Unidos; y Ensenada, Guaymas, Mazatlán y Salina Cruz, en México.

Los ingenieros mecánicos electrónicos y los ingenieros químicos, colaboran en el diseño de la infraestructura portuaria, es decir, plantas de procesamiento de productos pesqueros, fábricas de hielo, bodegas, destilerías, talleres mecánicos, así como diseño de equipo y aparatos.

Otro campo en el que la ingeniería colabora es en el aprovechamiento de la fuerzas hidráulicas para la producción de energía eléctrica, instalando turbinas accionadas por el flujo de las mareas.

También, por necesidad de la propia industria pesquera, se ha desarrollado una nueva especialidad de la ingeniería, la ingeniería pesquera, profesión que prepara y capacita a técnicos en el diseño y utilización de métodos y artes de pesca y de técnicas para la elaboración de los productos pesqueros.

Proyectos complejos de ingeniería y de avanzada organización industrial son necesarios para edificar estructuras submarinas o enviar hombres al océano profundo. Este tipo de proyectos se lleva a cabo por los países desarrollados, que cuentan con el capital requerido para su construcción, como el túnel subacuático más grande del mundo que está siendo construido por Japón. Este túnel fue proyectado desde hace 20 años y se inició esta obra dentro de la corteza terrestre del estrecho de Tsugaru, a una profundidad de 100

metros bajo el lecho marino; tiene 54 kilómetros de largo, en ciertos lugares 17 metros de altura, y es recorrido por vías ferroviarias. Se espera terminarlo dentro de tres años.

También la arquitectura ha sido utilizada en el aprovechamiento de los recursos marinos. Considerada a su vez un arte, ha formado una especialidad: la arquitectura naval, que se ocupa de la construcción de las embarcaciones, dividiéndose en dos grandes grupos: la teoría del buque y la construcción naval.

En la teoría del buque se estudia a la embarcación considerada como flotador con las siguientes condiciones: estabilidad, navegabilidad, mínima resistencia a la marcha, máximo rendimiento económico en su propulsión y rentabilidad comercial. Una vez hecho el diseño, tomando en cuenta estas características, se pasa a la construcción naval propiamente dicha.

Como se puede observar, la utilización básica o aplicada de las matemáticas y la ingeniería en las ciencias del mar tiene un campo amplísimo, y seguramente estimulará a los científicos a emplearlas para obtener mejores resultados en sus aplicaciones y en sus investigaciones, y a los jóvenes para atender un nuevo reto que las ciencias del mar les presentan.

APÉNDICE I

GALILEO GALILEI (1564-1642)

Nació en Pisa, Italia. A los 17 años ingresó a la Universidad de Pisa donde se especializó en medicina, matemáticas y ciencias físicas. A los 25, fue nombrado profesor de matemáticas de la misma universidad. En 1609 construyó un telescopio que ampliaba los objetos 30 veces, mismo que obsequió al Gran Duque de Florencia que en agradecimiento lo nombró profesor vitalicio de la Universidad de Padua.

Observó por primera vez el mundo celeste, describiendo sus descubrimientos en el libro Sidereus nuncius (Mensajero de las estrellas).

En 1616 le dedicó al cardenal de Orsini el Trattato del flusso e reflusso del mare, en donde trata de aportar pruebas que avalen el sistema de Copérnico. Fue el primer hombre que dio un planteamiento científico correcto al problema del origen de las mareas: los grandes movimientos periódicos y regulares de las aguas del mar se deben a la rotación de la Tierra.

En 1632 publicó otro libro: Diálogo sobre los dos principales sistemas del mundo, donde demostraba las fallas del sistema tolomeico en comparación con el sistema de Copérnico. Posteriormente prepara su último libro, Diálogos sobre dos nuevas ciencias, en el que resume todas sus investigaciones sobre el movimiento y la mecánica.

Condenado a prisión, se le permitió, por razón de su edad y salud, residir en Arcetri, cerca de Florencia. En 1638 quedó ciego, por lo que no pudo ver impresa su última obra. Murió a la edad de 78 años.

ISAAC NEWTON (1642-1727)

Físico, matemático y astrónomo inglés. Fue profesor en Cambridge hasta 1696. Desde entonces vivió en Londres donde fue nombrado inspector de la Casa de Moneda (1696), director de la Moneda (1699) y presidente de la Sociedad Real de Londres (1703), reelecto hasta su muerte.

Newton tenía un profundo conocimiento de los principios matemáticos, pero no le interesaban las matemáticas puras, sino su aplicación para comprender mejor al mundo científico y al Universo.

Realizó el estudio científico del comportamiento de las mareas, plasmado en su obra Philosophiae naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural) que apareció en 1686. Calculó la altura de las mareas oceánicas solares y lunares y las explicó según la fecha del mes, la época del año y la latitud. Sin embargo, no tomó en cuenta que las mareas representan un fenómeno dinámico, por considerar que éstas presentan un equilibrio, y así estableció la teoría estática de las marcas, llegando a la conclusión de que no son más que una consecuencia de su ley de la gravitación universal.

BENJAMIN FRANKLIN (1706-1790)

Físico, escritor y político estadounidense. Trabajó desde muy joven como impresor, viajando a Filadelfia y Londres para perfeccionarse. Al regresar a América empezó a dirigir y a editar por su cuenta la General Magazine y el Poor Richard7s Almanach (1732-1757).

Durante esta época creó varias bibliotecas, un club de debate y una academia, al mismo tiempo que se adentraba en el campo de la filosofía y de los fenómenos eléctricos. Descubrió el carácter eléctrico de los rayos atmosféricos e inventó el pararrayos.

Diputado e intendente general de Correos de las Colonias Británicas en América del Norte (1753-1774), reorganizó el sistema postal al descubrir el misterio del retraso de los barcos correo. Estos navegaban

dentro de la Corriente del Golfo entre Inglaterra y las colonias, en contra de ella, y si el viento soplaba levemente, las corriente empujaba hacia atrás las naves más rápidamente, perdiendo de dos a tres semanas en cada travesía.

En 1762 Franklin menciona ya, en una carta, la Corriente del Golfo y le pone este nombre por primera vez. Hace una extensa descripción del recorrido que sigue dicha corriente ayudado por las observaciones de los balleneros y hombres de mar.

Elabora otra carta muy detallada en 1769 junto con el capitán Timothy Folgar. Contenía datos sobre los cambios que sufría el curso de la corriente y su velocidad en diferentes puntos; además se hacían recomendaciones a los navegantes para que la localizaran con facilidad y la pudieran eludir o aprovechar.

También realizó estudios científicos para determinar los límites de la Corriente del Golfo, midiendo cuidadosamente la temperatura con un termómetro suspendido de una línea, ya que se sabía que esta corriente es más cálida que las aguas adyacentes. Gracias al calor aportado por ella el clima de la Gran Bretaña, Noruega y otros países de altas latitudes resulta beneficiado.

Franklin le envió todos esos descubrimientos al Director General de Correos de la Gran Bretaña para que fueran distribuidos entre los capitanes de los barcos coreo que hacían sus travesías rumbo a América. El mapa fue reimpreso en Francia y aprovechando por sus navegantes.

Delegado por Georgia (1768), Nueva Jersey (1769) y Massachussets (1770) al producirse el problema entre Inglaterra y las colonias, regresó a América y se pronunció por la independencia de su país.

PIERRE SIMON DE LAPLACE (1749 -1872)

Nació en la población de Beaumont en Auge, Normandía, el 28 de marzo de 1749. Fue matemático, físico y astrónomo, profesor de matemáticas en la Escuela Militar de París y en la Escuela Normal. Obtuvo el nombramiento de canciller del Senado en 1803 y, al ser partidario de Luis XVIII, logró los títulos de marqués y par de Francia. Fue elegido miembro de la Academia de Ciencias en 1783.

Su primer trabajo científico fue la aplicación de las matemáticas a la mecánica celeste, y en este campo estudió la teoría de las probabilidades y proporcionó las bases de la de los errores.

Sus trabajos más destacados sobre astronomía fueron las investigaciones hechas acerca de las variaciones de los movimientos del planeta.

Laplace reunió sus estudios en una gran obra titulada Mecánica celeste (1799-1825), donde en los tomos IV y XIII expone el problema de las mareas en su aspecto dinámico, considerado como uno de los más difíciles de la mecánica, al que le dedicó treinta años de su vida. Trató de encontrar una relación entre las fuerzas astronómicas y el movimiento del mar.

Laplace vivió hasta los 78 años; pasó sus últimos días en el semirretiro de Arcuel, donde se relacionó con el químico conde de Berthollet y ayudó a los jóvenes científicos que lo visitaban. Fue elegido, en vida, uno de los Cuarenta Inmortales de la Academia Francesa.

MATTHEW FONTAINE MAURY (1806-1878)

Nació en el condado de Spotsylvania, Virginia. Fue físico, geógrafo, meteorólogo y oceanógrafo. Ingresó a la marina de los Estados Unidos en 1825 y allí estudió su carrera hasta 1861, especializándose en hidrografía. Después de la guerra, estuvo al servicio del emperador Maximiliano en México, y desde 1868 hasta su muerte fue profesor de física en el Instituto Militar de Virginia.

Realizó un viaje alrededor del mundo en el barco Vincenne, que duró 4 años (1826-1830).

En 1841 entró a trabajar en la Oficina de Mapas e Instrumentos y de 1844 a 1861 fue director del Observatorio Nacional y de la Oficina Hidrográfica de los Estados Unidos, pero sus escasos conocimientos sobre astronomía retrasaron los trabajos de uno de los observatorios más grandes del mundo. Su mayor interés fue la navegación siendo ascendido a comandante en 1855.

Estudió los vientos, las corrientes y su comportamiento, publicando regularmente mapas sobre ellos, importantes para el comercio marítimo. Fue uno de los primeros en emplear la telegrafía submarina, y en hacer el primer mapa batimétrico, contribuyendo al conocimiento de las profundidades marinas y del fondo oceánico.

Sus mejores aportaciones fueron sobre la meteorología oceanográfica, enfocadas a la relación existente entre el océano y la atmósfera. En 1855 publicó sus obras La geografía física del mar y Corrientes del Atlántico. En 1864 dio a conocer su Geografía física y en 1871 el Manual de geografía.

Como reconocimiento a sus grandes aportaciones a la oceanografía física actual, se le considera el padre de esta rama de la investigación científica.

APENDICE II

GLOSARIO

alga. Planta acuática que realiza su fotosíntesis por medio de pigmentos verdes, rojos, amarillos o cafés. Puede estar formada por una o varias células.

alisios. Vientos que van desde las zonas de alta presión que se localizan en los polos hacia zonas de baja presión del ecuador.

amplitud de marea. Diferencia entre la pleamar y la bajamar.

anchoveta. Pez pelágico, es decir, que nada entre la superficie y los 50 metros de profundidad; pertenece a la familia de los engráulidos. También se le conoce como anchoa.

arrecife. Formación de rocas que se encuentra bajo las aguas del mar. Cuando está formado principalmente por corales se le llama arrecife coralino.

arte de pesca. Aparato que sirve para pescar.

atmósfera. Masa de aire que rodea la Tierra, su altura es de 200 a 300 kilómetros y su composición varía según la altura.

átomo. La unidad más pequeña y completa de un elemento químico.

bahía. Entrada considerable del mar en la costa. Es más grande que una caleta y menor que un golfo.

bajamar. Descenso máximo de la marea.

barómetro. Instrumento que sirve para medir la presión atmosférica. Se puede utilizar también para determinar la altitud de un lugar sobre el nivel del mar y para la predicción del tiempo, auxiliado, con el termómetro y el higrómetro.

batimetría. Medición de las profundidades del mar y estudio de la distribución de los vegetales y animales por zonas.

batitermógrafo. Aparato que permite registrar la temperatura contra la presión en el océano desde una embarcación navegando.

calado. Dimensión vertical de la parte sumergida de una embarcación.

calafateo. Operaciones encaminadas a reparar el casco de madera de una embarcación.

caleta. Pequeña, entrante del mar en la costa.

calor específico. Relación existente entre la capacidad térmica de una sustancia y la del agua, es decir, el número de calorías que se necesitan para elevar 1°C a un gramo de esa sustancia.

capa acuífera. Capa permeable del suelo en la que se infiltra el agua.

cenit. Punto del hemisferio celeste superior al horizonte y que corresponde verticalmente a un lugar de la Tierra.

central mareomotriz. Planta para la producción de energía eléctrica utilizando las mareas.

condensación. Proceso físico por medio del cual el vapor se licua o se solidifica.

convección. Transporte interno de la energía de las moléculas de un líquido o de un gas, desde las regiones más calientes hasta las más frías.

convergencia. Zona del océano en donde las aguas más densas se hunden por debajo de las aguas más livianas.

corrientes. Movimientos de las masas de agua en el océano.

cresta de la ola. La parte más alta de una ola.

dársena. Barrera de protección construida en un puerto artificial.

densidad. Masa por unidad de volumen de una sustancia.

dique. Construcción para determinar o separar las aguas

dinoflagelado. Organismo microscópico cubierto por una membrana silicosa dividida en dos zonas por un surco: la epiteca y la hipoteca. Presenta dos flagelos, uno transversal y otro longitudinal. Vive en el plancton.

divergencia. Zona del océano en donde se separan dos masas.

ecosonda. Aparato que utiliza la propagación de las ondas sonoras en el agua para conocer las características del fondo marino o detectar bancos de peces.

electrón. Partícula elemental de carga negativa que forma parte de los átomos.

escollera. Especie de pared sobre la que se rompe la ola y que protege contra la acción del viento.

espectro de la luz. Descomposición de un rayo de luz en los siete colores que lo forman.

estenotermos. Que toleran sólo un rango muy estrecho de temperatura.

eufótica. Zona de un cuerpo de agua hasta donde penetra la luz.

euritermo. Organismo capaz de vivir en agua de amplio rango de temperatura.

evaporación. Convertir el agua líquida o sólida en vapor.

flujo de energía. Camino que sigue la energía en una cadena de alimentación.

fondear. Dejar caer el ancla. Acción de inmovilizar una embarcación por medio de un ancla.

fuerza de coriolis. Fuerza aparente que actúa sobre las partículas en movimiento y que resulta de la rotación de la Tierra.

güinche. Palabra de origen inglés que se utiliza para designar a los malacates; se ha generalizado en terminología marina.

hidrófono. Aparato que registra el sonido transmitido en un cuerpo de agua.

incidir. Caída de un rayo de luz sobre un plano o sobre un punto.

isohalina. Línea en un mapa que conecta todos los puntos que presentan igual salinidad.

isoterma. Línea en un mapa que conecta todos los puntos que presentan igual temperatura.

latitud. Distancia que existe desde el ecuador hasta los polos, medida por los grados de su paralelo.

limo. Lodo.

longitud. Distancia de un lugar respecto al primer meridiano en grados.

manómetro. Aparato que mide la presión.

marea. La elevación y descenso periódico de los océanos.

marea roja. Concentración de organismos microscópicos, generalmente dinoflagelados, que le dan al agua una coloración roja o pardo-rojiza.

maremoto. Acción violenta del agua del mar producida por un movimiento telúrico en el fondo.

mareógrafo. Instrumento para medir la altura de la marea.

masa de agua. Agua del mar con características semejantes de salinidad y temperatura.

meridiano. Cualquiera de los círculos máximos de la esfera que pasa por los polos.

meteorología. Ciencia que se encarga del estudio de la atmósfera.

monzón. Nombre de los vientos estacionales.

muelle. Estructura sólida, generalmente revestida de madera, piedras o cemento, donde atracan las embarcaciones.

niebla. Aumento de vapor de agua en la atmósfera que forma una nube más o menos oscura.

nubosidad. Conjunto de nubes.

nudo. Unidad de velocidad que corresponde a una milla náutica por hora, es decir, 1 852 metros por hora.

ola. Onda que se produce en la superficie de las aguas.

oleaje. Término que se aplica al movimiento de las olas de viento y de marea.

paralelo. Círculos del planeta que lo cortan transversalmente y que son paralelos al ecuador.

pH. Símbolo químico que indica la concentración de hidrogeniones en una solución.

plancton. Conjunto de organismos pequeños que se encuentra flotando en la región superficial de las aguas dulces y marinas. Puede presentar pequeños movimientos de desplazamiento.

pleamar. Ascenso máximo de la marea.

presión. Fuerza ejercida sobre un área determinada.

propelas. Hélice que se utiliza para la propulsión de una embarcación.

puerto. Lugar de la costa, natural o artificial, protegido de los temporales en el cual los barcos pueden

permanecer el abrigo de éstos y realizar operaciones de carga y descarga, reparaciones y mantenimiento.

reflexión. Cambio de dirección que sufre un rayo luminoso cuando choca en un cuerpo con una superficie.

refracción. Cambios de dirección que presentan los rayos luminosos y las ondas sonoras al pasar de un medio a otro o en el mismo medio, cuando pasan de una zona a otra de densidad diferente.

rumbo. Operaciones llevadas sobre una carta de navegación para decidir la dirección de un viaje aéreo o marítimo.

salinidad. Medida de la cantidad de sales disueltas en el agua del mar.

sísmico. En relación con los terremotos y las sacudidas que producen.

somero. Cercano a la superficie.

sonar. Aparato que sirve para determinar por métodos sónicos la presencia, localización o naturaleza de objetos en el mar.

surgencias. Desplazamientos de las masas de agua del fondo hacia la superficie.

termoclina. Límite que se presenta entre dos masas de agua de temperaturas diferentes.

tsunami. Ola de largo periodo producida por un terremoto submarino o una erupción volcánica en el mar.

valle de la ola. Zona comprendida entre dos crestas de ola.

BIBLIOGRAFÍA

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CONTRAPORTADA

La publicación de EL océano y sus recursos se corresponde con la exhortación que hacen sus autores: "¡Hay que conocer el mar!" En el pasado, los estudios marinos eran labor exclusiva de los países desarrollados. En nuestros días y por diversas razones —una de ellas la sobreexplotación de los recursos marinos—, participan en el estudio de los océanos la mayoría de los países. Existe ya la conciencia de que si seguimos usando el mar sin un conocimiento adecuado de sus posibilidades reales, podría presentarse una disminución de su fertilidad y una merma de sus recursos tan indispensables al hombre.

Se sabe ahora que el océano absorbe la mayor parte del bióxido de carbono que produce la industria moderna; que regula el clima y las condiciones meteorológicas; que extrae calor de las regiones ecuatoriales y lo envía a las templadas permitiendo así en ellas la vida. El estudio del mar, entonces, se caracteriza por la complejidad: es necesario analizar y eslabonar una cadena enorme de fenómenos, muchos de los cuales apenas empiezan a ser comprendidos.

Juan Luis Cifuentes, María del Pilar Torres-García y Marcela Frías Mondragón forman parte del personal académico de tiempo completo del Laboratorio de Invertebrados de la facultad de Ciencias de la UNAM. Han emprendido la abrumadora tarea de ofrecer al estudioso, al interesado, una obra panorámica, en doce volúmenes que enfoca todos los ángulos de las investigaciones oceánicas más recientes y que, sobre todo, toma en cuenta al lector nacional. Un glosario y una bibliografía selectos aumentan el valor de este importante libro.