D MASAS DE AGUA DE LOS OCÉANOS Y SU … · • Hay una gran mezcla en la interfase de ambas aguas....

Introducción a la Oceanografía Física. Bloque D 1

D MASAS DE AGUA DE LOS OCÉANOS Y SU ESTABILIDAD

Introducción a la Oceanografía Física


Bloque D - Masas de aguas de los océanos y su estabilidad

1.- Introducción. Propiedades conservativas y no conservativas.2.- Masas de agua.3.- Procesos de formación de las masas de agua.4.- Diagramas T-S y representación de los procesos de mezcla.5.- Cuantificación en el análisis de las masas de agua.6.- Evolución y decadencia de las masas de agua.7.- Estabilidad vertical de las masas de agua.8.- Otros diagramas característicos.


1.- Introducción. Propiedades conservativas y no conservativas.

Físicamente T y S son propiedades independientes.

Parece en principio factible encontrarse cualquier combinación de T y S en los océanos del mundo.

Sin embargo el número de posibles combinaciones está limitado.

T0 , S0

T0 , S0T1 , S1 T2 , S2

• Las valores de T y S posibles vienen fijados por el clima en lugares muy concretos de la superficie.

• Estos valores de T y S determinan cual es la densidad del agua de mar.

• Algunas de estas aguas se hunden y mantienen la T y S que adquirieron en la superficie.

• Esta T y S sólo puede cambiar a través de la mezcla con otras aguas con T y S distintas.


1.- Introducción. Propiedades conservativas y no conservativas.

Propiedades conservativas de los océanos.• Son aquellas propiedades cuyos valores pueden ser alterados a través

procesos que ocurren en los límites de los océanos, pero que dentro de los océanos solo pueden ser modificadas por procesos de mezcla.

• Ejemplos: T, S,…Propiedades no conservativas de los océanos.• Estas propiedades están sujetas además a cambios dentro de los

océanos mediante procesos físicos (otros que la mezcla), químicos y biológicos.

• Ejemplos: Oxígeno disuelto, nutrientes,…

Importancia de las propiedades conservativas T y S.• Pueden ser utilizadas para identificar un cuerpo de agua y establecer su

origen o su mezcla con otros cuerpos de agua.

• T y S son propiedades del agua de mar que se pueden medir fácilmente.


2.- Masas de agua.

Masas de agua.

T0 , S0

T0 , S0

v = 1 cm/s

• El análisis de las masas de agua permite conocer la circulación en la parte inferior de los océanos.

• Agua tipo. Masa de agua completamente homogénea en sus propiedades (definición ideal).

v = 20 cm/s

Muestreo

• Cuerpo o volumen de agua distinguible por sus propiedades físicas y biológicas.

• Las propiedades empleadas para diferenciarlos son T y S principalmente.

• Se forman en áreas oceánicas específicas.

• En muchos casos toman sus valores de T y S cuando están en la superficie bajo influencia del clima local.

• Después se hunden y se desplazan lentamente conservando su T y S.


2.- Masas de agua.

Ejemplo de masa de agua.• Un ejemplo de masa de agua es el Agua Mediterránea (AM).• Se forma en el Mediterráneo Noroccidental en invierno.• El viento Mistral produce una intensa evaporación y enfriamiento, que produce un

aumento de densidad.• Esta agua homogénea se mezcla verticalmente y desciende al fondo (2000 m).• Esta agua homogénea (T=12.8ºC, S=38.4) se extiende por el Mediterráneo llegando

al Estrecho de Gibraltar.


2.- Masas de agua.

Ejemplo de masa de agua.

T S

• Este AM sale del Mediterráneo hacia el Atlántico situándose por debajo del agua atlántica entrante.

• Hay una gran mezcla en la interfase de ambas aguas.

• Las características del agua AM menos mezclada son T=11ºC, S=36.5


2.- Masas de agua.

Ejemplo de masa de agua.• La AM se sitúa en el Atlántico a 1000 m de profundidad (flotabilidad neutra) y se

extiende a este nivel.

• Esta agua se modifica a través de una mezcla continua.

• Pero puede detectarse a grandes distancias por su T y S altas.

Salinidad a 1000 mTemperatura a 1000 m


3.- Procesos de formación de las masas de agua.

Procesos de formación de las masas de agua.• Los procesos involucrados en la formación de las masas de agua son:

- Convección profunda.- Subducción.- Mezcla.

Capa de mezcla

Convección.• Sucede en lugares con poca estratificación (regiones polares y

subpolares).

• Ocurre cuando el agua superficial se hace más densa que aquella situada en la parte inferior y se hunde.

• El aumento de la densidad puede producirse por:- Enfriamiento.- Aumento de la salinidad

Evaporación.Congelación.

- Ambos procesos (térmico y halino) actuando conjuntamente.


3.- Procesos de formación de las masas de agua.

Mezcla.

Subducción.• Sucede principalmente en regiones subtropicales.• Se produce por convergencia y lento hundimiento de las aguas oceánicas.• Se bombea el agua de la parte inferior de la capa de mezcla a mayores

profundidades a lo largo de superficies de densidad constante.

• Pueden formarse por mezcla de dos o más masas de agua.


4.- Diagramas T-S y representación de los procesos de mezcla.

Diagrama T-S: Gráfica donde se representa T frente a S (Helland-Hansen, 1916).

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

Tem

pera

tura

(ºC

)

-5

0

5

10

15

20σt=24.0

σt=25.0

σt=26.0

σt=27.0

σt=28.0800 m

900 m

0 m

100 m

200 m

300 m

400 m

500 m

700 m600 m

1km1.2 km

1.6 km1.4 km

1.8 km2 km2.5 km3 km

3.5 km4 km

• Se representan con puntos las combinaciones de T y S obtenidas para cada profundidad.

• Los puntos son unidos en orden creciente de profundidad mediante una curva suave (Curva T-S).

• Es mejor usar la temperatura potencial (θ) en los diagramas. Es propiedad conservativa.

• Se suelen representar algunas curvas de densidad constante. Permite estudiar la densidad y estabilidad de las masas de agua.

• Es mejor usar como densidad σθ aunque también se emplea σt

Realización



Tem

pera

tura

(ºC

)

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

-5

0

5

10

15

20

• Agua tipo. - Masa de agua de T y S homogéneas.- Es un punto en el diagrama T-S.

• Mezcla de dos aguas tipo.

- La línea que une a dos aguas tipo resulta de la mezcla de estas.

Agua tipo

Agua tipo

Mezcla de aguas tipo

- Estas definiciones son ideales y en realidad hay una dispersión alrededor de estos puntos y curvas.



Densificación o cabelling: Proceso por el cual a través de la mezcla de dos masas de agua de igual densidad y distintas T y S se puede obtener un agua de mayor densidad.

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

Tem

pera

tura

(ºC

)

-5

0

5

10

15

20σt=24.0

σt=25.0

σt=26.0

σt=27.0

σt=28.0

• La dependencia de la densidad con T y S hace que las isopicnasaparezcan curvadas en el diagrama T-S, y esto hace que el agua resultante de la mezcla de A y B no caiga sobre ella y tiene una densidad mayor.

• Este proceso puede ser importante en la producción de masas de agua.

A

T1,S1

BT2,S2

RTR,SR


5.- Cuantificación en el análisis de las masas de agua.

Mezcla de dos aguas tipo.

Tem

pera

tura

(ºC

)Salinidad

33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5-5

0

5

10

15

20AT1,S1

BT2,S2

a

b R

- Sean m1 porciones de un agua tipo A de T1 y S1, y m2 porciones de un agua tipo B de T2 y S2.

- La T y S del agua que resulta de la mezcla es

21

2211mmTmTmT

++

=21

2211mmSmSmS

++

=

- El diagrama T-S permite hallar las porciones de agua tipo de un punto que cae en la recta que une a A y B

ab

BA=

porción porción

100 %,100 % ×+

=×+

=ba

aBba

bA


5.- Cuantificación en el análisis de las masas de agua.

Mezcla de tres aguas tipo.

- Los círculos con las letras A, B y Crepresenta a cada una de las aguas tipo.

- Las rectas AB, BC y CA representan a las masas de agua resultantes de la mezcla de A y B, B y C, y C y A.

- La curva en el interior del triángulo ABCes una masa de agua resultante de la mezcla de los tipos A, B y C.

-El diagrama T-S permite hallar las porciones de agua tipo de un punto que cae dentro del triángulo de mezcla.

Tem

pera

tura

(ºC

)Salinidad

33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5-5

0

5

10

15

20

BT2,S2

AT1,S1

a

b

cd

e

f

C T3,S3

Triángulo de mezcla

R

100 % ×+

=ba

bA

100 % ×+

=dc

dB

100 % ×+

=fe

fC


6.- Evolución y decadencia de las masas de agua.

Evolución de la mezcla de dos aguas tipo.

200

600

1000

z (m)

2 6 10T (ºC)

Perfil T-z

200

600

1000

z (m)

34.0 34.4 34.8S

Perfil S-z

A

B

A

B discontinuidad discontinuidad

3434.8Salinidad

210Temperatura (ºC)

600-1000 m200-600 mEspesor

BAAgua tipo

• Situación 1. Antes de iniciarse la mezcla entre los dos cuerpos de agua.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (ºC)

Diagrama T-S

200-600 A

600-1000 B




200

600

1000

z (m)

2 6 10T (ºC)

Perfil T-z

200

600

1000

z (m)

34.0 34.4 34.8S

Perfil S-z

A

B

A

B

• Situación 2. Los dos cuerpos de agua han experimentado una mezcla parcial.- La discontinuidad entre los dos cuerpos de agua ha ido desapareciendo de los perfiles T-z y S-z.

- En el diagrama T-S se observa una línea uniendo las aguas tipo A y B, que es indicativo de la presencia de mezcla.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (ºC)

Diagrama T-S

200-400

800-1000

600

500

700

A

B




200

600

1000

z (m)

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

z (m)

2 6 10T (ºC)

Perfil T-z Perfil S-z

A

B B

A

• Situación 3. La mezcla entre los dos cuerpos de agua alcanza su estado más avanzado.- En los perfiles de T-z y S-z la transición de estas propiedades para ambos cuerpos de agua es aún más gradual que el caso anterior.

- En el diagrama T-S se continua observando una línea uniendo las aguas tipo A y B,aunque cambia la distribución de los puntos, que aumenta en uniformidad a medida que la mezcla progresa.

T (ºC)

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

Diagrama T-S

200

1000

600

400

800

A

B



Evolución de la mezcla de tres aguas tipo.

discontinuidad

Perfil T-z

2 6 10T (ºC)

z (m)200

600

1000

1400 discontinuidad

Perfil S-z

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

z (m)

1400

discontinuidadA

B

C

A

B

C

34

2

600 -1000 m

B

34.834.8Salinidad

210Temperatura (ºC)

1000 -1400 m200 -600 mEspesor

CAAgua tipo

• Situación 1. Antes de iniciarse la mezcla entre los tres cuerpos de agua.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (ºC)

Diagrama T-S

200-600

A

600-1000

B C

1000-1400




Perfil T-z

2 6 10T (ºC)

200

600

1000

z (m)

1400

Perfil S-z

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

z (m)

1400

A

B

C

A

B

C

Core water

• Situación 2. Los tres cuerpos de agua han experimentado una mezcla parcial.- La discontinuidad entre los dos cuerpos de agua ha ido desapareciendo de los perfiles T-z y S-z.

- En el diagrama T-S se puede distinguir aún la capa de agua intermedia con su T y S original (core water), que aparece representada como una esquina o vértice.

10

6

2

T (ºC)

34.0 34.4 34.8S

Diagrama T-S

200-400 A

B C 1200-1400

500

600

700800

900 1000 1100

Core water




34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (ºC)

Diagrama T-SPerfil T-z

2 6 10T (ºC)

200

600

1000

z (m)

1400

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

Perfil S-zz (m)

1400

A

B

C

A

B

C

A

B C

1400

200

500

600

700

800 900

1000

300400

1100

Core water

• Situación 3. La mezcla entre los tres cuerpos de agua está en un estado más avanzado.- En los perfiles de T-z y S-z la transición de estas propiedades para ambos cuerpos de agua es aún más gradual que el caso anterior.

- La capa intermedia ya no conserva su T y S original.- En el diagrama T-S desaparece el vértice correspondiente al “core water”




T

S

123

- En la evolución de la mezcla de tres aguas tipo se basa el “método core” desarrollado porWust (1935) para determinar la propagación de las masas de agua y también su estado de mezcla.

- Es posible incluso obtener información del agua que dio origen al “core”.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (ºC)

Diagrama T-S

A

B C

123


7.- Estabilidad vertical de las masas de agua.

- La estabilidad de la columna de agua viene marcada por los cambios de la densidad con la profundidad.

• Si la densidad aumenta con la profundidad, la columna de agua es estable (dσθ/dz>0)• Si disminuye con la profundidad, la columna de agua es inestable (dσθ/dz<0)• Si la densidad no cambia con la profundidad, la estabilidad es neutra (dσθ/dz=0)

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5-5

Tem

pera

tura

(ºC

)

0

5

10

15

20σt=24.0

σt=25.0

σt=26.0

σt=27.0

σt=28.0

estable estable

inestable

inestable

- El diagrama T-S permite analizar la estabilidad de las masas de agua.

• Si la curva T-S corta las isopicnasformando grandes ángulos el agua puede ser altamente estable o inestable.

• Si la curva T-S corta las isopicnasformando ángulos pequeños, el agua puede ser ligeramente estable o inestable.

•Si la curva T-S es paralela a lasisopicnas la estabilidad del agua es neutra.


8.- Otros diagramas característicos.

Diagrama T-S-V.-Es una extensión del concepto de diagrama T-S que refleja la distribución de la temperatura y salinidad de los océanos en proporción a su volumen.

-Para ello es necesario usar un gráfico tridimensional, en el que cada pico indica el volumen de agua con unas propiedades de T y S características.


8.- Otros diagramas características.

Diagrama T-S-t.- Es una extensión del concepto de diagrama T-S que incluye información de la evolución temporal de las propiedades de las aguas oceánicas en áreas específicas.

- Para ello se traza en un diagrama T-S estándar, la temperatura y salinidad de un área dada a intervalos de tiempo regulares.

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