El Balance Estático y el Ciclo Global del Agua

El balance estático demuestra la importancia de las capas de hielo para el ciclo global del agua.

1. El agua tiene una conductividad eléctrica relativamente baja.
2. El agua tiene una alta capacidad calórica (1 cal/°C•g, que es igual a 4,1840 J/°C•g).
3. La densidad del agua líquida es muy estable y varía poco con los cambios de temperatura y presión.
4. El valor de K igual a uno corresponde exactamente, por definición, a una salinidad práctica igual a 35 psu (practical salinity unit).

Conductividad Eléctrica del Agua de Mar

1. Depende de:
   • Número de iones disueltos por unidad de volumen (salinidad).
   • Movilidad de los iones (temperatura y presión).

Sus unidades son mS/cm (mili-Siemens por centímetro).

1. La conductividad aumenta en la misma cantidad con:
   • Un aumento de la salinidad de 0,01.
   • Un aumento de la temperatura de 0,01 °C.
   • Un aumento de la profundidad (presión) de 20 m.

Presión

Se define como una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie.

Presión Relativa (o Manométrica)

Diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica.

Presión Absoluta

Es la presión atmosférica más la presión manométrica.

En el Sistema Internacional la presión se mide en Pascal (Pa).

En el océano cada metro de profundidad equivale a un aumento de presión de 1 decibar (1 Pa = 10^-5 bar).

Densidad del Agua de Mar

La densidad del agua de mar depende de la temperatura (T), salinidad (S) y presión (p).

S

El agua se enfría hasta que alcanza la densidad máxima; entonces, cuando el agua superficial se hace más ligera (es decir, después de haber pasado el máximo de densidad) el enfriamiento está restringido a la capa mezclada por el viento, la cual eventualmente se congela por encima. Las cuencas profundas están llenas de aguas de máxima densidad.

S > 24,7

La convección alcanza todo el cuerpo de agua.

Proceso Adiabático

El sistema no intercambia calor con su entorno. dQ = 0

ΔEi = ΔQ + ΔW

Luz en el Océano

• En el océano, la luz representa un elemento indispensable para la vida.
• La radiación luminosa llega del Sol y tiene la propiedad física de propagarse en el medio líquido.
• Propiedades físicas de la luz:
  1. Refracción: se modifica de acuerdo con la salinidad y la temperatura, siendo mayor cuando se incrementa la concentración de sales y disminuye la temperatura.
  2. Extinción: efecto de la turbidez.
• La luz solar está formada por radiaciones de diferente longitud de onda (espectro visible).

I_z es la intensidad que alcanza una profundidad z (en metros) donde los parámetros del modelo son la intensidad incidente (Io) y el coeficiente de extinción de la luz (K).

Número de Richardson

1. Debido a que el océano tiene una estratificación estable, la mezcla vertical está en contra de la fuerza boyante.
2. Por lo tanto, la mezcla vertical (mezcla diapicna) requiere mayor energía que la mezcla horizontal.
3. La mezcla diapicna es muy importante, ya que cambia la estructura vertical del océano y controla en gran medida la tasa a la cual las aguas profundas llegan a la superficie a latitudes medias y bajas.

Principales Entradas y Salidas de Calor

1. Radiación solar (radiación de onda corta) (+)
   1. Radiación terrestre (radiación de onda larga) (-)
   2. Flujo de calor sensible (generalmente -; a veces +)
   3. Flujo de calor latente (generalmente -; rara vez +)

Flujo de Calor Latente

Q_LH = r L_E c_E U (qa – qs)

• qa: humedad específica del aire
• qs: humedad específica sobre la superficie del mar
• V: Velocidad del viento
• r: densidad del aire (~1.23 Kg m^-3)
• L_E: Calor latente de evaporación (2255*10³ J Kg^-1)
• C_E: coeficiente turbulento (1.5*10^-6)

Flujo de Calor Sensible

Q_SH = r c_H c_p V (Ta – Ts)

• Ta: Temperatura del aire
• Ts: Temperatura superficial del mar
• V: Velocidad del viento
• r: densidad del aire (~1.23 Kg m^-3)
• C_p: Capacidad calórica (0.24 kcal/Kg °C)
• C_H: coeficiente turbulento (1.5*10^-3)

Efecto de la Rotación de la Tierra: La Fuerza de Coriolis

• Es el efecto que se observa en un sistema de referencia en rotación cuando un cuerpo se encuentra en movimiento.
• Este efecto consiste en la existencia de una aceleración relativa del cuerpo en dicho sistema en rotación.
• Esta aceleración es siempre perpendicular a la velocidad del cuerpo.
• A esta aceleración se la llama aceleración de Coriolis (Fuerza de Coriolis).
• Los movimientos en la atmósfera tienen velocidades horizontales del orden de 10 m/s, mientras que las velocidades verticales son del orden de 1 cm/s.
• Al hablar de viento nos referimos a un flujo horizontal.
• En las estaciones meteorológicas el viento se mide a 10 m sobre la superficie.
• En las mediciones del viento se especifica su rapidez y su dirección.

Esfuerzo del Viento (Wind Stress)

τ = (τ_x, τ_y) = ρ C_DW(u,v)

• ρ: densidad del aire
• C_D: coeficiente de arrastre
• W: velocidad del viento
• u: viento zonal
• v: viento meridional

La salinidad se define como el contenido de sal en gramos por kilogramo, o en partes por mil; es un cociente y por lo tanto no tiene unidades. Un valor de 35 significa un contenido de sal de 3.5%. Las publicaciones oceanográficas más antiguas lo darían como 35⁰/₀₀ (partes por mil); hoy en día se desaconseja expresarlo así.

La densidad más baja ocurre para altas temperaturas y bajas salinidades, y la densidad más alta a bajas temperaturas y altas salinidades.

Si la temperatura de las dos muestras es la misma, la diferencia de densidad entre las dos muestras está determinada por la salinidad solamente. La muestra con una salinidad de 36 entonces tiene una densidad más alta que la muestra con la salinidad de 34. Por lo tanto, la muestra B debe ir bajo la A, que deberá flotar encima.