Movimientos marítimos (olas y corrientes)
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En el mar se puede distinguir dos categorías de movimientos:
Las ondas :
que son oscilaciones periódicas constituidas por una serie regular de crestas y depresiones.
Las corrientes :
que consisten en el flujo de agua en una dirección dada.
6.2.1 El oleaje y sus características.
6.2.2 Las olas en la costa.
6.2.3 Corrientes inducidas por el oleaje.
6.2.4 Las marejadas o bravezas
6.2.1 El oleaje y sus características.
El viento es responsable de la generación del oleaje que se desplaza sobre la superficie del agua y que juega un rol muy importante en la modificación de la línea costera. Si observamos el mar durante una tormenta, su superficie parece estar en un estado de confusión y es difícil apreciar que entre el desorden es posible detectar los diferentes trenes de olas que allí se generan.
Las olas son movimientos ondulatorios, oscilaciones periódicas de la superficie del mar, formadas por crestas y depresiones que se desplazan horizontalmente.
Para el estudio de las olas, éstas se dividen en: olas de agua profunda, que no están influenciadas por el fondo, se mueven independientemente de él y; olas costeras en que por disminución de la profundidad del agua, su forma y movimiento están afectados por el fondo.
Las olas se caracterizan por su: longitud de onda, período, pendiente, altura, amplitud y velocidad de propagación, variables físicas y geométricas que se definen a continuación:
Longitud de onda ( l ): es la distancia horizontal entre dos crestas o dos depresiones sucesivas.
Período (T): es el tiempo, contado en segundos, entre el paso de dos crestas sucesivas por un mismo punto.
Altura (H): distancia entre la cresta de la ola y el nivel medio del mar.
Pendiente: relación entre la altura y la longitud de onda (H/ l ).
Amplitud (A): distancia entre la cresta y el valle de la ola.
Velocidad de propagación: V= l /Período
Amplitud de la onda: distancia vertical entre el nivel de aguas tranquilas y una cresta de ola.
Como las olas son muy variables para analizarlas y describirlas se usan métodos estadísticos. Así, para la altura, normalmente se refiere a la altura significativa, esto es el promedio de 1/3 de las olas más altas observadas en una serie en un período de tiempo determinado. En el océano Atlántico la altura significativa de las olas es de dos metros.
En Chile, por ejemplo en Constitución en el período de otoño-invierno, la altura significativa de las olas varía de 0.9 a 1.5 metros; en primavera-verano es entre 0.8 y 2.2 metros. En el mismo lugar, con oleaje de tormenta se observan alturas entre 4 y 5 metros.
De acuerdo a los registros en la costa de Chile se observa lo siguiente
Frecuencia de observaciónAltura
Hasta 28% 0.5 - 1.0 metro
60% 1.0 - 2.5 metro
10% 2.5 - 4.0 metros
1-2% Más de 4 metros.
Con relación al Período (expresado en segundos), el promedio general registrado en las costas chilenas varía de 8 a 14 segundos, un 10% del oleaje registra período de hasta 16 segundos y excepcionalmente, de 18 a 20 segundos.
Olas en agua profunda (ola tipo sea): Producen un movimiento más o menos regular en la superficie del océano, denominado oleaje, en el cual la altura de la ola es relativamente débil en relación con el largo de la onda. El oleaje se propaga en el océano por lo general muy lejos del lugar donde se origina, llegando finalmente a las costas de continentes o islas; aquí la ola se transforma, ya sea por efecto el roce con el fondo o alguna península o extremo de una obra artificial que se interna en el mar (por ejemplo, un molo o un muelle). Esta es la ola tipo swell.
Ola teórica: Un hecho de observación común es que los objetos que flotan en la superficie del mar simplemente suben y bajan cuando la ola pasa por ellos. Esto ocurre porque las partículas de agua responden al paso de la onda y se mueven en órbitas circulares cuyo diámetro disminuye con la profundidad.
Ola teórica
Esto supone que:
Las partículas de la superficie del mar describen círculos cuyo radio depende de la profundidad.
El diámetro de las trayectorias disminuye con la profundidad y es prácticamente nulo en profundidad.
El perfil del oleaje corresponde a un trocoide, que es la curva descrita por un punto de un disco que rueda sobre una recta.
La ola en agua profunda corresponde a una onda de superficie. Al llegar a la costa se transforma en ola costera.
Ola de oscilación
A una profundidad igual a la mitad de la longitud de onda, el diámetro de las órbitas de las partículas de agua es 1/25 veces del diámetro de la superficie y para propósitos prácticos, se considera este nivel como la máxima profundidad del movimiento del oleaje.
En aguas más profundas que la mitad de la longitud de onda, las partículas orbitantes no entran en contacto con el fondo oceánico, mientras que a profundidades menores que la mitad de la longitud de onda, las órbitas son achatadas por la resistencia debida a la fricción, pierden energía y se dice que la ola "siente el fondo". Se reconoce esta profundidad como el máximo nivel en que las olas pueden mover partículas de los sedimentos marinos.
Olas reales: Las olas reales se alejan bastante de las olas teóricas, en las áreas donde sopla el viento que las genera. En las áreas de generación del oleaje hay una agitación aparentemente anárquica de la superficie. Con vientos sobre 9º de la Escala de Beaufort se observan montañas desordenadas de agua de alturas muy variables, sobre estas grandes olas se forman otras más pequeñas. Así, la estructura superficial del océano es el resultado de la superposición de varios trenes de olas que se interfieren resultando depresiones y cumbres. La interferencia puede dar anulación o un reforzamiento.
Si la velocidad del viento es mayor a 5 m/seg, la altura de la ola crece más rápido que la longitud de onda, la pendiente aumenta y si sobrepasa el límite, las olas revientan independientemente de toda influencia del fondo generándose cabritos o corderitos (olas forzadas).
Las áreas de generación poseen espectros de olas muy variadas, de diferente longitud de onda. Como la velocidad aumenta con la longitud de onda, las olas que salen de esta zona de generación no progresan a la misma velocidad. A medida que el oleaje sale de esta área se va clasificando, simplificando, tomando el aspecto de ondulaciones paralelas y disminuyendo la pendiente.
Si seguimos las olas desde que el viento las produce en el mar, viajan miles de kilómetros y rompen finalmente contra la costa.
El desarrollo de las olas se atribuye a tres factores principales:
La velocidad media del viento.
La duración del tiempo en que actúa.
La distancia sobre la que ha soplado (fetch).
Velocidad del viento (km/hr)Duración mínima
(hr)Fetch
(km)Altura media
(m)
18 2.4 18 0.3
28 6.0 63 0.8
37 10 140 1.5
46 16 300 2.7
¯
92 69 2600 15
Principales áreas de generación del oleaje:
Son aquellas donde soplan los vientos del Oeste en las zonas templadas de los dos hemisferios. Las tormentas dan origen a olas del NW y SW, a partir de los 40º de latitud.
Fuera de estas regiones hay sólo un área importante en la generación de olas: el mar de Arabia, en los meses de junio, julio y agosto, durante el monzón de verano que es muy violento.
Los vientos alisios rara vez generan grandes olas. Los ciclones tropicales generan olas enormes pero en forma muy irregular. Así, la mayor parte de las olas observadas en las regiones intertropicales son originarias de las regiones de latitudes más elevadas y son propagadas libremente sobre miles de kilómetros.
Las regiones que tienen alta frecuencia de ocurrencia de vientos fuertes son en consecuencia, las regiones principales de generación de olas y corresponden a las zonas de actividad frontal en las más altas latitudes de ambos hemisferios. El cinturón de tormentas del sur es el área generadora de olas más clara y definida del mundo porque allí se registran gran cantidad de vientos fuertes (8-9º de la Escala de Beaufort), son relativamente persistentes cuanto a ubicación y soplan sobre largas distancias en el mar.
Con relación al tipo de olas se distinguen los siguientes ambientes de oleaje:
Ambientes de ola de tormenta: que ocurren en las altas latitudes donde soplan vientos fuerte frecuentes creando olas altas y de fuerte pendiente. La dirección dominante de los vientos en estos cinturones templados es Oeste. La costa oeste de Patagonia es probablemente la más atacada por las olas de tormenta durante todo el año y contrasta con la costa este donde el ataque es menor.
Las costas en estos lugares poseen acantilados rocosos y plataformas de abrasión. Estas costas rocosas tienen importancia ecológica y humana porque proveen hábitats adecuados para algunas algas que están siendo explotadas y para algunas especies de fauna.
Ambiente de olas de costas oeste: olas largas y bajas que se han generado en los cinturones de tormenta y que posteriormente han disminuído su energía al alejarse de sus áreas de formación. Su nivel energía es mayor en las latitudes más altas y moderado en los trópicos. Son costas relativamentre homogéneas del punto de vista del oleaje, exceptuando parte de las costas de México que pueden estar afectadas por ciclones tropicales; o las costas de la India en que el oleaje puede ser reforzado por olas generadas por el monzón estacional. El oleaje del SW ocurre a lo largo de la costa oeste de América desde California a Chile; costa oeste de Africa.
Ambiente de costas este: niveles de energía bajos a moderados, con la excepción de sectores de costas tropicales afectados por ciclones.
Ambientes protegidos: se trata de costas en las que el oleaje oceánico no penetra porque se encuentran protegidas por cubiertas de hielo o porque se encuentran localizadas fuera de los cinturones de tormenta. Generalmente son ambientes de olas de baja energía las costas polares y los mares cerrados donde hay poco fetch que restringe el desarrollo de la ola.
6.2.2 Las olas en la costa.
Cuando la profundidad es inferior a la mitad de la longitud de onda, la ola empieza a ser influenciada por el fondo que la hace sufrir deformaciones, que son independientes de la dirección de propagación y ocurre la rompiente
<6f01.html>La figura muestra que en el proceso de refracción, las ortogonales dibujadas perpendicularmente a las líneas de crestas de las olas, tienden a converger en algunas áreas y a divergir en otras, según sea la topografía submarina. En aguas profundas las ortogonales de la ola están separadas por distancias iguales separando segmentos de igual energía. En las proximidades de una saliente, la energía se acrecienta en los segmentos que se achican. Al entrar en una bahía las ortogonales se alejan unas de otras, los segmentos se agrandan, hay disipación de la energía de la ola. De esta manera la energía de la ola se disipa en las bahías y se concentra en las salientes; la topografía irregular del fondo marino refracta el oleaje de manera compleja y se producen variaciones de la energía y de la altura de la ola.
6.2.3 Corrientes inducidas por el oleaje.
El oleaje en la costa también genera corrientes que influyen considerablemente en el movimiento de los materiales sedimentarios a lo largo del litoral y es una causa fundamental de la erosión o progradación de la costa.
La corriente de deriva litoral: se produce cuando las olas llegan oblicuas a una costa rectilínea, generalmente en ángulo inferior a 10º (el ángulo nunca puede ser mayor debido a la refracción), esto da nacimiento a una corriente paralela al litoral, entre la zona de rompiente y la orilla. La velocidad de la deriva es mínima fuera de la zona de rompiente, lo que demuestra claramente que es inducida por el oleaje y no puede ser atribuida a corrientes oceánicas o corrientes de marea.
En esta figura se observa que los sedimentos describen trayectorias en zig-zag; al reventar la ola el flujo es oblicuo, pero el reflujo desciende perpendicular a la orilla por la línea de mayor pendiente. Uno de los rasgos geomorfológicos de este transporte son las barras en la desembocadura de los ríos o la formación de flechas unidas a una punta rocosa.
La velocidad de la deriva depende de: la altura de la rompiente, el período y ángulo de incidencia de las olas, la pendiente y rugosidad de la playa.
Las corrientes perpendiculares a la costa (rip-current o corrientes de retorno), consisten en que el agua que ha sido llevada hacia la playa por la rompiente se devuelve como una corriente de retorno muy localizada, desgarrando la zona de rompiente en sectores de hasta 30 metros de ancho, y que se dispersa más allá de la rompiente. Ocurren frecuentemente en lugares de encuentro de dos derivas litorales que se devuelven hacia el mar por una corriente perpendicular. Dichas corrientes son angostas (15-30 metros), perpendiculares a la orilla y comprometen la columna de agua; su velocidad es uno a dos nudos (8 km/hora) y se caracterizan por sus aguas turbulentas cargadas en materiales finos en suspensión, siendo muy peligrosas para los bañistas
Velocidad de Rip Currents en m/sVelocidad de Rip Currents en m/s.
Cerca de la playa Medio Después de la rompiente
Con viento de 4 a 6 m/s.
Superficie 0.1 0.1 0.0
1 m de profundidad 0.3 0.3 0.2
Cerca del fondo 0.8 0.6 0.4
Con viento de 20 a 24 m/s.
Superficie 5.5 3.0 2.2
2 m de profundidad 7.2 5.8 3.6
Cerca del fondo 10.8 8.6 5.9
El sistema de circulación costera produce un intercambio contínuo de agua entre la zona de rompiente y la de aguas libres, actuando como un mecanismo de distribución de nutrientes y de dispersión para el escurrimiento terrestre.
6.2.4 Las marejadas o bravezas.
Se trata de olas excepcionales generadas por tempestades. Son olas altas que ocurren en momentos en que por un período de varias horas el mar alcanza un nivel más alto que el de costumbre debido a las condiciones tiempo de una tormenta. Los principales factores condicionantes son:
La presión atmosférica baja debido a la perturbación atmosférica; la columna de aire pesa menos y cuando la presión atmosférica desciende 1 milibar (1 hectopascal), el nivel del mar sube aproximadamente un centímetro.
Los vientos que soplan en dirección de la costa tienden a acumular agua en el borde litoral. Por ejemplo, un viento de 80 km/hr soplando durante doce horas puede producir una elevación de hasta un metro en el nivel del mar.
Amplitud fuerte de la marea (exageración del nivel del mar).
Como resultado de lo anterior, el nivel del mar puede estar varios metros encima de su nivel habitual. Los casos extremos se dan en sitios en los cuales suelen producirse tifones (con valores de presión bajo 900 mb [hectopascales]), como ocurre en las latitudes tropicales, mar Caribe, Africa oriental; que sufren inundación en sus costas.
En el litoral de Chile, este tipo de olas de 4 a 6 metros de altura, recibe el nombre de bravezas o marejadas. Ejemplos de tres bravezas excepcionales ocurridas en Chile: 2-4 Junio de 1924; 9 Agosto de 1929; 25 Julio de 1968; las tres fueron importantes por su duración y por la elevación del nivel del mar, generándose grandes olas que provocaron fenómenos de inundación y desplazamiento de enormes bloques graníticos de los acantilados costeros. Según los registros, este tipo de fenómeno excepcional ocurre con frecuencia de 3 a 4 en un siglo provocando riesgo de inundación para los asentamientos humanos, además de los efectos geomorfológicos descritos que hacen evolucionar las costas.
En el mar chileno ocurren procesos como las surgencias y el fenómeno El Niño, que son relevantes porque influyen en aspectos diversos del clima, de los recursos marinos vivos, de las condiciones para el habitat humano, entre otros. Ambos fenómenos, aunque pueden relacionarse, ocurren a diferentes escalas espacio-temporales.
El Niño es un fenómeno a escala planetaria (depende de fuerzas planetarias), que posee una cierta periodicidad y que produce cambios interanuales en el océano generando cambios en los sistemas de corrientes, en las masas de agua, en los habitat marinos afectando a la pesquería.
Las surgencias son fenómenos a mesoescala (algunos kilómetros a decenas de kilómetros), generalmente localizadas geográficamente, dependiendo de la forma de la costa, la topografía submarina y los vientos locales; temporalmente son medibles en días y horas y afectan al mar territorial.
Por otra parte, la condición de borde de placa de subducción en que se encuentra Chile, es responsable de la alta sismicidad a la que se asocian los tsunamis que constituyen un factor de riesgo para los asentamientos humanos localizados en terrenos bajos de la costa.
7.1.Tsunamis
7.2 Las Surgencias (Upwelling)
7.3 Fenomeno El Niño
7.1 Tsunamis
Impreso denominado "La gran ola frente a las costas de Kanagawa" realizado por el artista japonés Hokusai a fines del siglo XVIII.
Chile debido a su posición geográfica en la cuenca del Pacífico suroriental, queda incluido dentro de países que con cierta frecuencia reciben los efectos de ondas de tsunamis
Existe consenso para designar con la palabra tsunami a aquel fenómeno periódico que ocurre en el mar, generado por un disturbio externo que impulsa y desplaza verticalmente la columna de agua originando un tren de ondas largas, con un período
La circulación oceánica superficial es el resultado de varios procesos, especialmente la fuerza del viento que actúa en la superficie del agua y las diferencias de densidad. Si se asume que el sistema de corrientes observado es simplemente el resultado de la fuerza del viento la circulación sería muy similar a los principales cinturones de vientos en la Tierra y efectivamente así ocurre. Sin embargo, en el Hemisferio Norte los vientos se desvían hacia la derecha y hacia la izquierda en el Hemisferio Sur. Esto se debe a la rotación de la tierra y es explicado por el efecto de Coriolis
7.2 Las Surgencias (Upwelling)
Son movimientos ascendentes mediante los cuales las aguas de los niveles subsuperficiales son llevadas hasta la superficie, desde profundidades generalmente menores de 100-200 metros, y removidas desde el área de transporte por el flujo horizontal, produciéndose así un aporte de nutrientes a las aguas superficiales empobrecidas por el consumo biológico.
Si bien el fenómeno puede ocurrir en cualquier parte del océano, sus características más destacadas se presentan a lo largo de los bordes orientales de los océanos (esto es en las costas occidentales de los continentes), como sucede en el NW y SW de Africa, California, Perú y Chile. En estas costas las aguas se caracterizan por sus relativamente bajas temperaturas y por su alta producción de plancton. Por ejemplo, en el norte de Chile: 0.3 a 0.7 mg/m3 de clorofila "a"; respecto de los fosfatos, su concentración normal en el mar es de 0.2 mg/lt, sin embargo en áreas de surgencia ésta aumenta notablemente a 2.5 mg/lt en la costa de Oregon USA; 3.0 mg/lt costa de Perú y 1.2 mg/lt en la costa de Valparaíso (Curaumilla, situada inmediatamente al sur de Laguna Verde).
Distribución global de las surgencias
Los sedimentos bajo estas áreas de fuerte surgencia son típicamente ricos en materia orgánica; por ejemplo los sedimentos en la Bahía de Walvis en el SW de Africa tienen sobre 20% de carbono orgánico. Los sedimentos aportan algunas guías para conocer la intensidad de la surgencia ya que las especies planctónicas (foraminíferos, diatomeas) tienden a indicar aguas frías.
Se pueden distinguir en el océano varios tipos de surgencias: una oceánica, una costera, una ecuatorial. De ellas la surgencia costera o litoral es muy importante puesto que determina contrastes climáticos y biológicos notables y crea las condiciones para una gran productividad biológica.
TIPOS DE SURGENCIAS:
El diagrama muestra varios tipos de surgencias: por transporte de Ekman; por acción de vientos constantes; surgencia en el océano abierto; y surgencia por diferencias de densidad.
A. Por transporte de EKMAN. (Debida al efecto de Coriolis por el cual las aguas se desvían hacia la izquierda en el Hemisferio Sur).
El efecto de Coriolis hace que el agua que ha sido puesta en movimiento por los vientos sea desviada a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur. Sin embargo, debido a la fricción, las capas superficiales se mueven en un ángulo de 45º. Así, el cuerpo de agua puede pensarse como un conjunto de varios estratos, cada uno se mueve cada vez más lento por la fricción, en un movimiento en espiral cada vez más hacia la izquierda en el Hemisferio Sur hasta que la fricción es nula. La dirección del movimiento varía para cada capa, pero el flujo promedio es 90º a la izquierda del viento prevaleciente.
B. Surgencia por acción de vientos continentales. Ocurre con vientos constantes que soplan desde el continente hacia el centro del océano y que alejan el agua próxima al borde costero, haciendo emerger aguas por surgencia. Ocurre por ejemplo en las costas españolas del mediterráneo, por acción del mistral (fuerte viento continental).
C. Surgencia en el océano abierto, es el caso de la surgencia ecuatorial debida a la divergencia producida por los vientos alisios que generan corrientes (Ecuatorial del norte y Ecuatorial del sur) que transportan agua hacia la derecha al norte del ecuador y hacia la izquierda al sur, generando surgencia.
D. Surgencia por diferencias de densidad. Debidas a la circulación termohalina, en que el agua más densa se hunde y es reemplazada por aguas menos densas.
FACTORES QUE FAVORECEN LAS SURGENCIAS:
El origen de las surgencias está relacionado con la fuerza que ejerce el viento sobre la superficie del mar y con la presencia de la costa. Dichos fenómenos dependen de la combinación de muchos factores entre los que están: la dirección del viento; la forma y orientación de la costa, los rasgos del fondo sumergido. Por ejemplo se ha observado que los aumentos en el ancho de la plataforma continental favorecen la surgencia y que también, curvaturas bruscas del contorno acrecientan y complican las surgencias.
ALGUNAS CONSECUENCIAS DE LAS SURGENCIAS:
Se comprueba el descenso de la temperatura del agua próxima a la costa.
Durante los períodos de surgencias, el agua superficial de la costa presenta temperaturas menores que las de la atmósfera, por lo tanto el aire adyacente a la superficie del mar se enfría y aumenta su humedad relativa lo que generalmente se traduce en la formación de neblina costera.
Intensificación de la brisa del mar, como resultado de la diferencia de presión existente entre el mar y el ambiente, derivado del ambiente térmico.
Puede disminuir el contenido de oxígeno disuelto en el agua de mar durante los eventos de surgencia, por la llegada de aguas subsuperficiales con bajo contenido de oxígeno.
Aumento de nutrientes en la zona de surgencia.