8. Circulación general de los océanos

Los   oceanos  influyen   el   clima   terrestre   a   traves   de   su   interacambio   con   la   atmosfera   de   grandes cantidades de calor, humedad y gases como el dioxido de carbono. Fluctuaciones en la magnitud de estos intercambios juegan un rol importante en determinar si el proximo invierno sera excepcionalmente frio, el verano siguiente inusualmente calido, o si se dara un evento El Nino.

El oceano es una capa muy fina de agua salada ­ tiene 4 km de profundidad en promedio ­ sobre la superficie   de   nuestro   planeta   de   mas   de   12.000   km   de   diametro.   Una   de   las   caracteristicas   mas importantes del oceano es el gran contraste entre la capa superficial calida de unos 100m de profundidad donde la luz es abundante y donde existe la mayoria de la vida marina, con el frio y oscuro oceano profundo. La zona de transicion entre la capa calida y la fria se denomina termoclina. La figura 8.1 muestra el contraste termico y tambien que mientras el oceano profundo contiene muchos nutrientes (y carbono)  la   capa  superficial no.  Puesto  que cambios en estos  perfiles  afectan  el   clima es  ncesario entender su origen.

Figura 8.1 – Perfiles oceanicos de temperatura (izquierda) y nitrato (derecha)

La principal causa de la existencia entre la superficie y el oceano profunda es la absorcion de la luz. Como la luz solo penetra unas decenas de metros en el oceano las aguas superficiales son calidas y las mas profundas frias. La luz define la zona eufotica en la superficie donde vivne las plantas oceanicas que requieren luz para la fotosintesis. Asi, las plantas oceanicas deben poder flotar, y por ello la mayoria son organismos microscopicos, fitoplancton. No obstante, la cantidad de plantas en la superficie oceanica no es mucha y  la mayor parte de  los oceanos son efectivamente un desierto. Esto es debido a  la poca 

concentracion de nutrientes cerca de la superficie. Las plantas, y el zooplancton que las consume, asi cmo otros organismos en la cadena alimentaria absorben la mayoria de los nutrientes y el dioxido de carbono disponible en la superficie. Cuando estos organismos mueren, muchos descienden al oceano profundo y se descomponen en sus constituyentes quimicos. De esta forma la biota bombea dioxido de carbono y nutrientes de las capas superficiales a las capas profundas, generando perfiles de nutrientes y corbono como el mostrado en la figura 8.1.

La figura 8.2 muestra como varia la temperatura con la profundidad a lo largo de un meridiano en el oceano Pacifico. 

Figura 8.2 – Isotermas bajo la superficie oceánica en un plano vertical de norte a sur en el océano Pacífico. La termoclina es la región de grandes gradientes de temperatura que separa las aguas cálidas superficiales de las frías en profundidad. Las circulaciones oceánicas que mantienen la termoclina se 

muestran esquemáticamente con flechas negras para la circulación generada por los vientos, y con flechas blancas para la circulación termohalina.

Se observa que aun en el ecuador la capa superficial calida es tan poco profunda que el promedio de la temperatura  de   la   columna   de   agua   (de   la   superficie   al   fondo)   es   cercana   a   la   temperatura  de congelamiento.   Contrariamente   a   la   atmosfera,   la   cual   es   calentada   por   debajo   y   la   conveccion 

redistribuye el calor hacia arriba eficientemente, el oceano es calentado por arriba provocando que la capa mas calida permanezca en superficie y la estratificacion vertical inhiba los movimientos verticales de las parcelas de agua. No obstante, esto no explica el por que no existe una temperatura mas uniforme en el oceano, ya que el calor podria haber sido transportado por difusion desde la superficie al fondo durante miles de anos, calentando las capas mas profundas.  (Si esto ocurriera el clima terrestre seria muy diferente pues la concentracion de dioxido de carbono atmosferico aumentaria considerablemente.) La capacidad de absorber CO2 del agua oceanica aumenta cuando la temperatura del agua decrese, la cual es una de las razones por las cuales la concentracion de carbono en el fondo del oceano es mayor. Si la temperatura del fondo oceanico aumentara, el dioxido de carbono escaparia a la atmosfera. Esto no ha ocurrido – la termoclina ha permanecido somera y el oceano profundo frio ­ debido a la circulacion oceanica.     

Las   corrientes   oceanicas   son   generadas   primariamente   por   fuerzas   en   la   superficie   asociadas   al intercambio de calor y humedad con la atmosfera, y por los vientos. Asi, las corrientes mas intensas ocurren en las capas superficiales, arriba y en la termoclina. Los vientos predominantes, que dependen de la latitud como vimos anteriormente, tienden a conducir el flujo superficial hacia el oeste en los tropicos y hacia el este en los subtropicos. La fuerza de Coriolis tuerce las parcelas de agua hacia la izquierda (en el HS), causando que el flujo tenga una componente hacia el polo en los tropicos y hacia el ecuador en los subtropicos (ver las flechas en la figura 8.2). Estas corrientes superficiales, de sentidos contrarios, se encuentran cerca de los 30° de latitud donde el agua se hunde. Parte de estas aguas fluye hacia el ecuador en capas por debajo de la superficie con la misma temperatura que se hundieron (cerca de 18C). En el ecuador el agua aflora en la capa superficial, donde es calentada por la atmosfera antes de retornar a los subtropicos. El resto del agua que se hundio en los 30° participa en giros subtropicales que viajan hacia el polo en corrientes como la corriente del Golfo o del Brazil, antes de retornar a la region de hundimiento. Estas circulaciones generadas por el viento que intercambian aguas entre los tropicos y los extratropicos son  relativamente  someras.  La mantencion de  la   termoclina depende no  solo de ellas   sino  de otra circulacion de mucho mayor escala latitudinal y vertical. Se la denomina circulacion termohalina y es debida no solo a los vientos, sino que depende criticamente de la existencia de sal en los oceanos.   

8.1 Circulación termohalina

A pesar de que la sal representa únicamente el 3% de la masa de los océanos, es de gran importancia pues afecta la densidad. En la ausencia de sal, aguas cálidas flotarían siempre sobre aguas frías. No obstante, si la densidad de las aguas cálidas aumenta por la adición de sal, estas se hundirían aún siendo mas cálidas que las capas inferiores. Esto ocurre principalmente en latitudes altas donde la diferencia de temperaturas entre las aguas superficiales y las profundas es chica, de tal forma que una pequeña adicion de sal causa que  las   aguas  superficiales  se   hundan. Dos procesos pueden provocar  este   procesos  de  convección oceánica. Uno es la evaporación, que saca moléculas de agua pura, sin sal, dejando aguas oceánicas mas saladas. Esto ocurre durante el invierno cuando masas de aire muy frías y secas se mueven del continente hacia un océano mas cálido,  lo cual calienta el aire y absorbe humedad, provocando que  las aguas 

superficiales se enfríen, se hagan mas salinas y se hundan. El otro proceso que aumenta la salinidad de las aguas es la formación de hielo: el hielo se forma únicamente con moléculas de agua, dejando las sales en el agua líquida, aumentando así la salinidad de los océanos. 

El hundimiento de las aguas frías y salinas en latitudes altas necesita de un flujo hacia los polos cerca de la superficie, de un flujo hacia el ecuador en aguas profundas, y de movimientos ascendentes para cerrar la circulación termohalina. Esta circulación mostrada en forma esquemática en la figura 8.2 es asimétrica relativo al  ecuador pues  la  distribución de  los  continentes es asimétrica. En el  hemisferio norte,   la formación de aguas profundas ocurre únicamente en el Atlántico norte, en los mares de Labrador y de Groenlandia. En el hemisferio sur, la creación de icebergs cerca de la Antártida en los mares de Ross y de Weddell, crea aguas muy salinas y por lo tanto se hunden. Ver figura 8.3.

Figura 8.3 – Distribución de densidad superficial durante el invierno del hemisferio norte (arriba), y el invierno del hemisferio sur (abajo). Los círculos marcan la posición de los mares de Labrador y de 

Groenlandia en el Atántico norte, y los mares de Ross y de Weddell cerca de la Antártida.

Una descripción esquemática de la circulación termohalina sería la siguiente. Luego de hundirse en el Atlántico norte, las aguas profundas fluyen hacia el sur, atraviesan el ecuador, y se unen a la corriente circumpolar Antártica. Parte de esa corriente, a su vez, se bifurca hacia el océano Indico y luego hacia el océano Pacífico, donde ascienden y vuelven como aguas superficiales hacia el Atlántico norte (figura 8.4). Notar que el agua densa y fría que se hunde en latitudes altas se expande sobre el fondo oceánico y mantiene el océano profundo a temperaturas muy frías.

Figura 8.4 – Esquema de la circulación termohalina.

La velocidad de las corrientes que forman la circulación termohalina son muy pequeñas y difícil de medir, en particular las que ocurren en aguas profundas. Por ello, una parcela de agua tardaría al menos 1000 años en completar  toda la circulación. Entonces cómo sabemos que existe esta circulación. La prueba mas clara viene de medir el contenido de carbono 14 en aguas profundas. El 14C es creado en la atmósfera alta por los rayos cósmico y entra al océano cuando éste absorbe CO2. Una vez en el océano el 14C queda aislado y comienza a decaer. Conociendo su vida media podemos saber cuando fue la última vez que una parcela de agua estuvo en contacto con la superficie y asignarle una edad en el océano. Las parcelas ubicadas en los lugares de formación de aguas profundas serán las mas jovenes. El oceanógrafo W. Broeker sintetizó  todas las medidas de  14C disponibles de aguas a 3000 metros de profundidad y construyo la siguiente figura 8.5 que muestra las edades de las parcelas de agua. Claramente, las aguas mas jóvenes se encuentran en el Atlántico norte y la Antártida, y las aguas más viejas en el Pacífico norte, llegando a estar aisladas de la atmósfera 1750 años. 

 

Figura 8.5 – Edades del agua a 3 km de profundidad basadas en 14C. 

Mas evidencia en favor de la existencia de esta circulación viene de la distribución de nutrientes. La concentración de nutrientes  es  mínima en el  Atlántico norte  ya que ahí   el  agua  recién  llegó  de  la superficie donde los nutrientes son consumidos por el fitoplankton. Contrariamente la concentración de nutrientes es máxima en el Pacífico norte pues a lo largo de su camino las corrientes profundas son enriquecidas de nutrientes de la descomposicion de materia orgánica que se muere y hunde.

El   agua   que   se   hunde   es   densa   por   su   alta   salinidad   y   su   baja   temperatura.  Si   la   salinidad   es suficientemente  alta,   el   agua   se   hundirá   aún  si   su   temperatura  aumenta  un  poco.  Por   lo   tanto,   la manifestación atmosférica del calentamiento global podría ser enlentecida si  los océanos absorben el calor y  lo guardan en capas profundas. La capacidad calorífica del agua es  tan grande que aún un pequeño aumento de temperatura en el océano profundo puede representar un gran sumidero de calor. No obstante, para que este sumidero funcione, el calentamiento de las aguas superficiales deben ser gradual, pues  sino,   las   aguas  superficiales  se  volverían  tan  poco densas que  aún  siendo  salinas no podrían hundirse.

La sensibilidad de la circulación termohalina a perturbaciones – qué se requiere para que la circulación se detenga o comience a funcionar en forma diferente – no se conoce. Este es un tema de gran actividad de investigación   mundial   actual.   Para   determinar   esto   los   científicos   se   basan  en   modelos   climáticos numéricos y en el estudio de climas pasados – paleoclimas. Existen muchas  conjeturas sobre el papel de la circulación termohalina en la historia climática terrestre, y ha captado la imaginación de la gente de tal 

manera que Holywood le hizo su propia película (“El día despues de mañana”). 

8.2 Corrientes superficiales generadas por los vientos

Las corrientes generadas por los vientos que llevan el agua a las zonas de descenso están confinadas a las capas superficiales, excepto la Corriente Circumpolar Antartica (CCA) que se extiende hasta casi el fondo oceánico. La excepción de la CCA se debe a dos razones: la poca estratificación vertical océanica en altas latitudes permite que el forzamiento del viento penetre hasta mayores profundidades, y la posibilidad de las parcelas de circumvalar el océano. 

Lejos de la CCA, las parcelas de agua tienden a moverse en gigantescos giros inducidos por el torwue de los vientos. Estos giros son asimétricos debido a la rotación y esfericidad de la Tierra. En lugar de un movimiento mas o menos uniforme con corrientes en direcciones opuestas en cada mitad de la cuenca, las corrientes hacia los polos son muy rápidas y están concentradas contra la costas oestes de las cuencas oceánicas. Por el contrario, las corrientes hacia el ecuador son muy lentas y tienden a ocupar una gran parte longitudinal de las cuencas (figura 8.6). 

Figura 8.6 – El diagrama muestra algunas de las corrientes marinas más importantes. Las que fluyen hacia los polos transportan aguas cálidas, y las que lo hacen hacia el ecuador generalmente transportan aguas frías, resultando en un transporte neto de calor hacia los polos. Los puntos marcan las zonas de 

afloramiento intenso de aguas de sub­superficie. 

¿Cómo medimos   las   corrientes? Si   bien  existen   correntómetros,   la   forma  mas  usual   de   inferir   las corrientes es a través de mediciones de temperatura y salinidad y considerando que las corrientes están en equilibrio geostrófico (una excelente aproximación). Teniendo la temperatura y la salinidad es posible calcular la elevación de la superficie del mar. El agua se expande cuando está caliente, por lo que un incremento   en   la   temperatura   de   una   columna   de   agua   causa   un   aumento   del   nivel   del   mar. 

Recientemente, los satélites han comenzado a proveer mediciones directas de las variaciones en la altura del   nivel   del  mar.  La  altura  del   nivel  del  mar,   a   su  vez   es   una  indicación de   la   presión.  Usando geostrofismo es posible así calcular las corrientes, de la misma forma que calculamos los vientos. Por ejemplo, el nivel del mar es más alto en la porción oeste de las cuencas oceánicas, marcando la existencia de los giros. A su vez se ve que el gradiente de altura es mayor cerca de las costas oestes. Asociando un mayor nivel del mar a una alta presión, podemos deducir la existencia de las intensas corrientes en las costas oestes subtropicales que viajan hacia los polos y las debiles corrientes que viajan hacia el ecuador en el lado este de las cuencas.   

Figura 8.7 – Altura del nivel del mar media anual. Las corrientes son paralelas a las líneas de igual altura.

La altura del nivel del mar es 50 cm mayor en el Pacífico oeste que en el este. Lejos del ecuador la fuerza de Coriolis impide que el agua fluya de mayor a menor altura (presión). No obstante, sobre el ecuador, donde la fuerza de Coriolis se vuelve despreciable es posible para el agua desplazarse de mayor a menor presión. No obstante, los vientos que prevalecen en el ecuador, los alisios, van de este a oeste y conducen el agua en esta dirección. Por lo tanto, la corriente ecuatorial que fluye de oeste a este ocurre por debajo de la superficie. Esta corriente,  llamada “Ecuatorial Undercurrent” es comparable en intensidad a  la corriente del Golfo. Fluye justo por debajo de la superficie, teniendo su máximo a una profundidad de 100 m. Su ancho es de sólo 200 km, pero se extiende a lo largo de los 15.000 km de extensión del Pacífico. 

El ecuador está caracterizado por la existencia de una lengua fría de aguas superficiales en el lado este de los océanos (figura 8.8). Esta  lengua aparece pues  los alisios causan una divergencia en superficie: parcelas de agua  que son llevadas hacia el oeste por los vientos experimentan una fuerza hacia la derecha 

al norte y hacia la izquierda al sur del ecuador. Esta divergencia causa el afloramiento de aguas frías y con nutrientes  proveniente de  las   capas mas profundas. Así,   estas   lenguas  frías  son zonas de gran productividad biológica. 

Figura 8.8 – Temperatura de superficie del mar media anual.

El afloramiento de aguas profundas también ocurre a lo largo ciertas costas, como las costas de Ecuador y Perú causando que esas aguas superficiales sean frías y muy ricas en nutrientes. Esto courre pues los alisios tienen una componente hacia el ecuador que conduce primero las corrientes hacia el norte que luego son torcidas hacia la izquierda por la fuerza de Coriolis, alejandolas de la costa (figura 8.9). La figura 8.6 muestra las regiones de afloramiento globales.    

Figura 8.9 – Esquema de afloramiento de aguas costeras para el hemisferio sur.

8.3 El Niño, La Niña y la Oscilación Sur

El Niño afecta a todo el mundo, ya sea directamente debido a su influencia sobre el clima y el tiempo en las regiones que muestra la figura 8.10, o indirectamente a través de su efecto en la economía mundial. 

 

Figura 8.10 – Efectos de El Niño en el clima global para junio­agosto (arriba) y diciembre­febrero (abajo).

Los fenómenos de El Niño mas intensos generan usualmente grandes inundaciones en Ecuador y Peru donde el calentamiento de las aguas de superficie en el Pacífico este esta asociado con la desaparición de los peces costeros. También generan sequías desastrosas en el continente marítimo del sudeste de Asia y norte de Australia, así como patrones de circulación atmosférica anómala en America del Norte y del Sur, monsones débiles, y  precipitaciones por  debajo  de o normal   en el   sudeste   africano. Estos  cambios climáticos pueden reducir significativamente la cosecha de coco en las Filipinas y de anchovetas en Perú causando así  un aumento en los precios de los jabones y detergentes que usan aceite de coco como ingrediente, en la comida hecha con pez para los pollos y de la soja que puede usarse como sustituto de 

ración para pollos. La gran cobertura noticiosa de los eventos Niño de las últimas décadas deja clara su importancia. 

En un principio el nombre de El Niño le fue dado a una corriente cálida estacional que ocurre todos los años en las costas del Perú cerca de Navidad, moderando así las bajas temperaturas del Pacífico tropical este.  Cada tantos años esta  corriente es mas intensa que lo normal, penetrando mas hacia el sur,  y trayendo   abundantes   lluvias   a   las   áridas   zonas  costeras   de   Perú   y   Ecuador.   Estas   ocurrencias,  se denominaban “años de abundancia”. Hoy el término El Niño describe estos “años de abundancia”, y no a la corriente veraniega estacional.

Hasta la década del '50 se pensaba que la ocurrencia de una corriente mas intensa que lo normal en las costas del Perú esra un fenómeno local. No fue sino hasta el año 1957, Año Internacional de la Geofísica, cuando se organizaron mediciones del océano global que se determinó que el fenómeno de las costas del Perú tenía una escala que incliuía todo el Pacífico tropical (por azar un evento Niño ocurrió en 1957). Los datos   obtenidos  mostraron  que   al  mismo  tiempo   los  vientos   alisios   estaban debilitados.   Jacob Bjerknes, de la Universidad de California, propuso que el cambio en los vientos causó el cambio en las temperaturas de superficie del mar.  ¿Pero, por qué estaban debilitados los vientos?

A comienzos del siglo XX, Sir Gilbert Walker, trabajando en el problema de los monsones de la India, descubrió la existencia de la Oscilación Sur, una fluctuación interanual, coherente, en las condiciones atmosféricas que corresponde a un dipolo de presiones en el Pacífico: cuando la presión es alta en Tahiti (Pacífico suroriental), la presión es baja en Darwin (norte de Australia) como se muestra en la figura 8.11. 

       

Figura 8.11 – Series temperales de anomalías de presión de superficie en Tahiti y Darwin.

La figura 8.12 muestra un mapa de correlación de la presión en superficie de Darwin con la presión de superficie global. El mapa muestra claramente la existencia de un dipolo en las variaciones de presión con un centro en Darwin y el otro centro de signo opuesto cerca de Tahiti.

Figura 8.12 – Correlación de la presion en superficie en Darwin con la presión en superficie global.

Walker documentó también que la Oscilación Sur tiene un período de alrededor de 3­4 años en promedio, y que una baja presión en Tahiti y alta presión en Darwin coincidían con vientos alisios más débiles. Sus resultados fueron criticados pues Walker no pudo explicar la existencia de la oscilaciones coherentes globales, y quedaron en el olvido por varias décadas.

El interés en el trabajo de Walker revivió cuando Bjerknes usando los datos recabados en el 1957 propuso que los vientos alisios débiles en 1957 no sólo causaron la aparición de aguas cálidas en el Pacífico equatorial, sino que a su vez fueron inducidos por el incremento de temperatura de superficie del mar en el año. Este argumento circular implicó que el fenómeno no es estrictamente océanico ni atmosférico, sino que es un producto de la interacción entre los dos medios.

Bjerknes luego generalizó y propuso que la contínua Oscilación Sur encontrada por Walker, y no sólo el evento de 1957, era la causa y la consecuencia de patrones de temperatura de superficie del mar que cambian contínuamente. Esto significa que el Niño no es un evento aislado, sino una fase de un ciclo. La fase opuesta de El Niño ha sido llamada La Niña. Comparado con el ciclo estacional que está forzado por la variación en la intensidad de la radiación solar, la Oscilación Sur corresponde a un modo natural de oscilación del sistema acoplado oceano­atmósfera, y es literalmente la música de las esferas (la atmósfera y la hidrósfera). 

La Oscilación Sur es sólo un ejemplo de fluctuación climática; resulta de la interacción entre la atmósfera y   el   océano  Pacífico.   Otros   ejemplos   de   fluctuaciones  climáticas  como  sequías   prolongadas   en   el Nordeste brasilero, probablemente resulten de la interacción de la atmósfera, el océano, la tierra y los 

hielos. Las mismas herramientas que se han desarrollado para entender y predecir El Niño (modelos climáticos y una red de instrumentos que describen continuamente el estado de los componentes del sistema climático) son utilizadas para predecir la variabilidad climática en general. Anticipar El Niño es por lo tanto el primer paso hacia una predicción climática operacional que complemente la predicción del tiempo.

8.3.1 La Oscilación Sur

Los trópicos tienen tres regiones convectivas de gran precipitación que mantienen selvas propias: las cuencas del Amazonas y del Congo y el continente marítimo. El calor latente liberado por la actividad convectiva sobre esas enormes regiones gobierna la circulación atmosférica tropical: el calor hace al aire mas liviano, causando su ascenso.  Para mantener este movimiento ascendente los vientos en superficie convergen en esas regiones mientras que el aire en altura, seco, diverge. En el Pacífico tropical el aire en altura se mueve hacia el este, desciende sobre las frías aguas de la costa de Ecuador y retorna hacia el oeste en los alisios, adquiriendo humedad por evaporación de la superficie. Esta es la celda de Walker y se muestra en la figura 8.13.

 

Figura 8.13 – Celda de Walker

La ubicación de las zonas convectivas, que se pueden distinguir en superficie por una predominante baja presion, están a su vez determinadas por los patrones de temperatura en la superficie terrestre. El aire asciende donde la temperatura en superficie es máxima. En el Pacífico, la zona convectiva incluye el continente marítimo y la piscina cálida en el oeste del océano Pacífico tropical. Si las aguas cálidas se expandieran, la región convectiva también lo haría, lo cual es exactamente lo que ocurre durante El Niño. Durante El Niño en el Pacífico este ecuatorial aumenta la temperatura de superficie, aumentan las lluvias, decrece la presion de superficie y disminuyen los alisios. Debido a este corrimiento hacia el este, el norte de Australia e India experimental disminución de lluvias. Durante La Niña ocurre lo opuesto: la piscina de aguas cálidas en el oeste se achica, y sobre el Pacífico este ecuatorial los alisios se intensifican y las lluvias decresen (figura 8.14). 

  

Figura 8.14 – Esquema de condiciones durante El Niño (izquierda) y La Niña (derecha). 

De lo de arriba se deduce que es posible realizar predicciones del comportamiento de la Oscilación sur si se conoce a priori la evolución a futuro de la temperatura de superficie del mar.

8.3.2 Ajuste oceánico

Los vientos alisios acumulan aguas cálidas en el Pacífico tropical oeste y exponen aguas frías en el este. Así, el nivel del mar en el oeste es 50 cm mayor que en el este. Durante El Niño los alisios se debilitan y las aguas cálidas se mueven hacia el este; durante La Niña los alisios se intensifican y apilan mas aguas cálidas en el oeste. De esta forma, las variaciones interanuales en la temperatura de superficie del mar están asociadas con un redistribución horizontal de las aguas cálidas en las capas superficiales del océano en respuesta a los vientos. Esta redistribución es evidente en la figura 8.14, donde la pendiente de la termoclina, la capa con grandes gradientes de temperatura que separa las aguas cálidas superficiales de las aguas frías profundas, cambia significativamente entre El Niño y La Niña.

Debido al transporte inusual de aguas cálidas del oeste al este durante El Niño, las aguas frías ricas en nutrientes ya no logran llegar a la superficie en el este. Este cambio en las condiciones oceánicas es la razón para la desaprición de especies de peces de aguas frías a lo largo de las costas de Ecuador y Perú. Los peces tienden a moverse al sur, de tal forma que Chile se beneficia de los eventos Niño.

8.3.3 Interacción océano­atmósfera

Desde un punto de vista atmosférico,  los cambios en los patrones de lluvias vientos y presiones en superficie asociados a la Oscilación Sur son causados por cambios en las temperaturas de superficie. Desde un punto de vista oceánico, esos cambios en la temperatura de superficie son consecuencia de cambios en los vientos. Este argumento circular implica una interacción entre el océano y la atmósfera, que   son   ilustrados   en   la   figura   8.15   para   el   evento   Niño   del   82­83.   Inicialmente,   vientos   alisios inusualmente débiles aparecen en el Pacífico oeste, los cuales causan una expansión al este de la piscina 

cálida, la cual a su vez mueve la convección hacia el este. La respuesta océanica, a su vez, acelera el proceso pues causa un debilitamiento mayor de los alisios,  lo cual permite que las aguas cálidas se muevan un poco mas hacia el este y así sucesivamente. Al final, a través de este intercambio las aguas cálidas llegan hasta las costas del Perú, y se establece el evento Niño. 

Figura 8.15 – Evolución de anomalías climáticas durante El Niño de 1982­83. Las flechas indican las anomalías de vientos de superficie; precipitación inusualmente alta es marcada por los contornos llenos, e inusualmente baja por contornos punteados. La letra D significa “seco”; la letra W significa “húmedo”.  

Una vez que El niño se desarrolló, existe la posibilidad de que ocurra una Niña como consecuencia de un ligero aumento de los alisios. El proceso involucra la misma interacción océano­atmósfera, pero induce anomalías contrarias a un El Niño en los dos medios. 

La danza entre el océano y la atmósfera genera una alternancia (irregular) entre Niños y Niñas. ¿Pero quien guía? Quien inicia el desplazamiento hacia el este de las aguas cálidas que termina un evento Niña y da lugar a un Niño? A pesar de que están intimamente acoplados, el océano y la atmósfera no son una pareja simétrica. Mientras que la atmósfera es ágil y responde rápidamente a cambios en el océano, este último es lento y se toma el tiempo para responder a cambios en los vientos. La atmósfera responde a 

cambios en los patrones de temperatura de superficie del mar en cuestión de días o semanas; el océano tiene mucha más inercia y le lleva tiempo lograr un nuevo equilibrio. El estado del océano para un tiempo en particular no está  simplemente determinado por  los vientos en ese momento pues el océano está todavía ajustándose y  tiene memoria de vientos anteriores, una memoria en forma de ondas que se propagan por debajo de la superficie. Estas ondas se propagan en la termoclina, elevándola en algunos lugares y profundizándola en otros. Estos movimientos verticales de la termoclina tienen poco efecto en las temperaturas de superficie del Pacífico oeste donde la termoclina es profunda. En el este la cosa es diferente, donde la llegada de una depresión o elevación puede tener un gran efecto sobre la temperatura. 

Durante una fase de la Oscilación Sur, por ejemplo La Niña, los vientos generan sendas depresiones en la termoclina  fuera  del   ecuador  en   el   Pacífico   oeste.   De   esta   forma  los   vientos   están   generando  las condiciones que en unos meses darán lugar a un evento Niño: estas depresiones viajan muy despacio a través del Pacífico en forma de ondas de Rossby primero hacia el oeste, y luego son reflejadas en el continente marítimo en forma de ondas de Kelvin que viajan hacia el este. Cuando estas ondas llegan a las costas de Ecuador aumentan la temperatura de superficie dando lugar a la terminación de La Niña y el comienzo de un evento Niño. Durante El  Niño  las anomalías de vientos generan elevaciones en  la termoclina que dará lugar a la próxima Niña (ver figura 8.16).

Estos argumentos implican que el período de la Oscilación Sur, el tiempo entre un evento Niño y el siguiente (3­4 años) depende del tiempo que les tome a las ondas atravesar el océano Pacífico. 

  

  

Figura 8.16 ­  Ajuste océanico ante una perturbación en los vientos mostrada en el panel superior.  

La oscilación descrita mas arriba entre eventos Niño y Niña es perfectamente regular y podría ocurrir en un   planeta   idealizado   sin   perturbaciones   aleatorias.   En   ese   mundo   los   eventos   El   Niño   serían perfectamente predecibles. En realidad, la Oscilación Sur es irregular debido a la presencia de factores 

externos que incluyen las perturbaciones atmosféricas debidas al tiempo. Esas perturbaciones introducen una componente caótica, pero la oscilación igual retiene gran parte de su periodicidad (figura 8.17).

 

Figura 8.17 – Series temperales de temperatura de superficie del mar promediada en la region Niño3.4 (arriba) y de la diferencia de presiones Tahiti­Darwin normalizada.

La evolución del Niño no ha sido siempre la misma. A veces El Niño empieza como un calentamiento modesto en la costa de Peru y se amplifica y propaga en un lapso de varios meses hacia el oeste. Este fue el caso del Niño de 1972. En otras ocasiones, como en 1982, El Niño comenzó en el Pacífico oeste y se propagó hacia el este. Esto muestra la dificultad en pronosticar los eventos. Como todos los Niños son diferentes, un pronóstico que se limite a decir que va a ocurrir un Niño tiene un valor limitado a menos que describa su evolución y amplitud.

El interés en el fenómeno de El Niño menguó durante muchas décadas despues del trabajo de Walker sobre la Oscilación Sur alredor de 1930. No fue sino hasta finales de 1950 que los científicos comenzaron a prestar más atención a este fenómeno, y parte de la razón radica en la modulación decadal del Niño. Esta modulación causa períodos prolongados e irregulares en los cuales El Niño está ausente o, al revés, es particularmente energético: de 1930 a 1950 El Niño estuvo casi ausente, mientras que a partir de 1980 a la fecha los eventos han sido muy frecuentes y energéticos. Parte de esta modulación decadal es debido a cambios en las propiedades de la termoclina. Cambios en el intercambio de agua entre los trópicos y los subtrópicos a través de la circulación generada por los vientos puede afectar la ocurrencia de Niños. Por 

ejemplo, si el intercambio aumentara la profundidad de la termoclina a 200 m, entonces la termoclina sería muy profunda para que variaciones en su profundidad afectaran a la temepratura de superficie. Este tipo de cambio daría lugar a condiciones tipo El Niño prolongadas. Por último es de hacer notar que el calentamiento global, inducido por los gases de invernadero, podría afectar la ocurrencia de El Niño a través de cambios en la estratificacion vertical de temperatura oceánica. 

Referencias● “Is the temperature rising? The uncertain sience of global warming.” G. Philander● El sitio web  http://www.cdc.noaa.gov/ENSO/enso.education.html  ofrece una serie de links con 

información sobre el fenómeno de El Niño en varios niveles de complejidad.