En este curso, el estudiante aprenderá las bases de la ciencia oceanográfica. Cómo se clasifica y se ha formado el fondo marino, cómo funcionan los actuales sistemas de análisis del mar por satélite, la química del océano y los procesos que han llevado a su formación. Este curso enfoca la meteorología y climatología oceánicas desde la perspectiva de los conocimientos básicos que necesitan los navegantes para participar en una regata como la Barcelona World Race, la única una vuelta al mundo sin escalas con dos tripulantes.
1.5.2 Vídeo: La fuerza de Coriolis
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Del curso dictado por Universitat de Barcelona
Oceanografía: una clave para entender mejor nuestro mundo
138 calificaciones
De la lección
1B. El Mediterráneo: un modelo de océano - Masas de agua y circulación
En este módulo aprenderás como se forman las aguas densas y las masas de agua. Donde se utilizará el Mediterráneo como un modelo de océano. Así como también algunos de los conceptos fundamentales de la dinámica marina, qué es Coriolis y cómo se forma la fuerza del gradiente de presión. Además la importancia de la topografía dinámica y circulación geostrófica. Esperamos sea de tu agrado.
Conoce a los instructores
Jordi Salat
Institut Ciències del Mar, CSIC
Jordi SerraDr.
Grupo de Geociencias Marinas
[MUSIC]
Bien.
Hemos visto que hay dos conceptos fundamentales
que no podemos dejar de hablar de ellos.
Que están relacionados con la circulación marina de una manera muy importante.
Hablamos en la sesión anterior de la fuerza del gradiente de presión.
La fuerza del gradiente de presión recordad que es una fuerza horizontal que
se genera porque hay presiones distintas en una misma superficie horizontal.
Una llamada isogeopotencial, iso que quiere decir lo mismo,
geopotencial es la altura dentro de un campo de gravedad.
Y por otro lado tenemos la fuerza Coriolis.
¿Por qué el mar está inclinado?
Nosotros tenemos la idea de que el mar siempre está plano.
O parece que lo tomamos como referencia del mar plano.
¿Por qué?, porque desde lejos si la miramos y sacamos las olas.
Pues el horizonte, por definición, es lo que nos da la parte horizontal.
Y sin embargo, cuando vemos el mar desde el satélite o desde otro lugar,
o hacemos nuestros cálculos, nos damos cuenta de que el mar no es horizontal.
Es decir, haciendo un promedio, sacando las olas, sacando las mareas,
pues resulta que hay lugares donde el mar está más arriba, otros más abajo.
Y por lo tanto por lo que hemos visto anteriormente,
allí tiene que haber fuerzas horizontales que tenderían a hacer que el mar se
fuera por debajo de la pendiente, o sea hacia abajo de la pendiente.
Y sin embargo se mantiene de esta manera, ¿Por qué está bombado siempre?.
Entonces aquí hay un concepto clave que es la fuerza Coriolis, ¿Que es esta fuerza?.
Esta es una fuerza que aparece cuando hay movimiento.
Por el hecho de que nosotros vemos la circulación.
Del mar o de la atmósfera o la circulación de cualquier
objeto encima de la superficie terrestre.
Desde el punto de vista nuestro que estamos con los pies en el suelo.
La cabeza hacia arriba que quiere decir justamente en dirección opuesta
a la dirección de la gravedad.
Pues si estamos de pie la gravedad
sería como una flecha que nos atravesaría de la cabeza a los pies.
Este es el eje vertical definido por la gravedad y luego están lo
ejes horizontales que son simplemente
horizontales pero referidos a nuestra posición actual.
Pero la tierra gira, la tierra tiene rotación.
Claro, las masas en movimiento le es igual que estén en rotación,
tienden a ir en la dirección que les toca ir.
Y sin embargo, los ejes de referencia,
con los cuales nosotros estamos viendo en movimiento, giran.
Si nosotros giramos, y el agua está allí, pues vemos que el agua se desplaza.
Esto es más o menos por donde va el tema de qué es la fuerza de Coriolis.
Veremos también que la fuerza de Coriolis es una
fuerza que no es la misma en todas partes del planeta.
En el ecuador es nula, en el polo será máxima,
pero depende de que haya velocidad.
Es decir, cuando estamos quietos ahí no hay ninguna fuerza que actúe.
Y cuando nos ponemos un movimiento sobre nosotros actúa la fuerza de Coriolis.
No la notamos, lógicamente, porque veremos que es de una magnitud muy pequeña.
La Tierra, por lo tanto,
gira y cuando nosotros estamos en algún lugar del planeta.
Vamos a poner este señor en el polo o en el ecuador.
Y si nosotros vemos qué ocurre haciendo girar la tierra.
Pues al cabo de ocho octavos de vuelta, es decir, una vuelta entera,
esta persona habrá dado una vuelta sobre sí misma.
Pero este no, este habrá girado así con el planeta,
pero sobre su eje vertical no ha girado.
Es decir, no ha dado ninguna vuelta.
Este no ha girado, este ha dado una vuelta.
Y si estuviéramos en una latitud intermedia, pues resulta que por ejemplo
a 30 grados de latitud esta persona giraría una vez cada dos días.
De hecho, esto es porque la vertical,
que es lo que marca el eje vertical en los ejes de referencia encima de la tierra.
Este lo llamamos el vector
que da la magnitud del giro y la dirección de este giro.
Pues solo actúa en parte y, en el Ecuador no actúa.
Es decir, que tenemos una diferencia importante entre lo que es
esta fuerza en el Polo y en el Ecuador.
Imaginemos ahora que nosotros estamos en latitud media.
Somos como superman.
Vemos salir el sol y cogemos
una pelota y la tiramos con toda nuestra fuerza hacia el sol.
Estamos encima de la Tierra, en latitudes medias,
en el hemisferio norte, esto está clarísimo.
¿Cómo lo podemos representar esto?
Pues lo podemos representar, en primer lugar, con unos ejes fijos en el sol.
Nosotros estamos levantados encima de la superficie del planeta,
somos como Superman y tiramos la pelota.
¿Qué ocurre?
Que la pelota, evidentemente va hacia el sol,
y aquella casita que estaba en el horizonte se desplaza,
pero nosotros vemos que la pelota va en dirección recta hacia el sol.
Esto es cuando nosotros vemos el movimiento desde una distancia del
planeta, con unos ejes de referencia que no están girando con el planeta.
¿Qué ocurre, sin embargo, cuando nosotros
tomamos unos ejes de referencia fijos encima del planeta?
Lo que vemos es que quien se desplaza es el sol.
Esto es lo que vemos.
Esta es la manera como nosotros queremos entender y explicar el mundo.
Por lo tanto si ahora nosotros tiramos la pelota en esta situación hacia el sol,
¿qué ocurrirá?
Pues que la pelota gira hacia el sol,
la casa estará siempre en el mismo lugar y la pelota se desviará.
Claro, visto de esta manera diríamos: esta pelota se desvía
porque hay una fuerza que la empuja, esa pared de la fuerza.
Nosotros tenemos que escribir esta fuerza, porque la vemos.
Pero en realidad somos nosotros que nos estamos moviendo.
Pero si queremos representar bien y hacer cálculos correctos.
Tenemos que ponerla en nuestras representaciones
con referencia a nuestros ejes.
Y esta fuerza ¿es importante, no es importante, cómo actúa?.
En realidad esta fuerza, veremos, que en este esquema,
la desviación que se produce con un cierto tiempo t,
esta sería digamos una hipotética distancia calculada,
por la velocidad de la pelota y el tiempo que ha transcurrido, es decir,
la distancia transcurrida es u por t.
El ángulo, éste lo podemos medir de ésta manera porque sabemos cuál
es la parte de desviación del ángulo que ha recorrido.
Porque estamos a una cierta latitud, y nos hemos movido con un tiempo t,
hemos recorrido cierto ángulo, nos hemos girado algo.
Por lo tanto este giro lo podemos calcular y esta distancia,
esta desviación la podemos calcular mediante la multiplicación sencilla del
radio por el ángulo.
Esta desviación, como es que hemos acelerado,
hemos movido la pelota, podíamos asimilarla como la
distancia de un movimiento uniformemente acelerado, con una aceleración 'a'.
¿Esta aceleración qué vale?
pues sustituyendo nos damos cuenta que esta aceleración es la velocidad de la
pelota por dos veces Omega Seno de Phi.
Es decir, esta parte le llamaremos
parámetro de Coriolis y esto es la velocidad de la pelota.
A esta aceleración es perpendicular a U.
Es decir, no hace que la pelota vaya más deprisa ni más lenta.
Lo único que hace es empujarla de lado.
La empuja de lado, por lo tanto la pelota la tiramos recta, pero desde nuestro punto
de vista, la pelota está empujada con una aceleración que vale exactamente ésto.
Depende por lo tanto, de la aceleración de la velocidad de la pelota.
Cuanto más rápido va,
mayor es la velocidad de la desviación y según este parámetro de Coriolis.
Este parámetro de Coriolis tiene unas unidades que
son las mismas que las de la rotación, es decir el inverso del tiempo.
Cuando lo multiplicamos por la velocidad nos dará por lo tanto una aceleración.
Es nulo en el Ecuador como has visto,
porque aquí el eje vertical digamos,
esta siguiendo digamos la línea de la base del giro.
Y vale valores medios en latitudes medias.
Ponemos unos números a una latitud de 45 grados.
O un parámetro de coriolis de diez elevado a menos cuatro segundos, menos uno.
Una corriente marina de 1 metro por segundo,
nos daría una aceleración de coriolis de lo mismo.
Es decir, latitudes medias, una corriente de un
metro por segundo es una corriente fuerte, es una corriente realmente importante.
Como la que podría ser de Gulf Stream por ejemplo.
Tendría una aceleración de Coriolis que es de esta magnitud.
De una magnitud que realmente corresponde a una inclinación casi imperceptible.
Imaginemos que tenemos el mar inclinado, vamos a ver qué vale esta componente
que es la componente horizontal que es la que movería el agua hacia el lado,
es decir, hacerla bajar por la pendiente, una pendiente muy suave.
Si nosotros tenemos una corriente de velocidad 'u',
multiplicada por el parámetro de Coriolis.
Puede ser que este iguale lo que sería la componente,
esta componente de la gravedad multiplicado por el seno de este ángulo.
Fijaos que este ángulo no es la latitud ni nada,
sino que simplemente es el ángulo de inclinación.
Esto querría decir que hay una situación, donde la corriente hace
que la fuerza del gradiente de presión sea compensado por la fuerza de Coriolis.
Ésto es lo que se llama un equilibrio Geostrófico, es decir,
es una situación de equilibrio donde una inclinación del mar se podría mantener
por la existencia de una corriente que compensa con Coriolis esta inclinación.
Y sí ponemos números aquí, nos damos cuenta
que un desnivel de diez centímetros en 100 kilómetros,
por ejemplo,da un valor de corriente necesario de diez centímetros por segundo.
Diez centímetros por es una corriente típica,
es decir,el agua puede ser que esté parada, cero.
y el agua puede ser que se mueva muy deprisa,
corrientes muy fuertes, un metro por segundo.
Lo más corriente es que esté entre los 10, 20 o 30.
Es decir, entre estos dos valores está la mayoría de corrientes marinas.
Y las inclinaciones que corresponderían a un equilibrio geostrófico con estas
velocidades, son inclinaciones de este orden de magnitud.
¿Qué son 10 centímetros en 100 kilómetros?, muy poca cosa.
Realmente, en el mediterráneo por ejemplo, en esta zona, Barcelona está aquí,
estas son las Islas Baleares, si hacemos una sección en esta zona.
Y vemos la distribución de temperaturas y de salinidades.
Vemos que la parte de Mallorca el agua es menos salada,
en la parte de la costa es menos salada.
Es decir, tenemos agua modificada del Atlántico en la parte
sur de Mallorca, tenemos agua cercana a la costa
menos salada, debido a los ríos y a las aportaciones continentales.
Y la distribución de densidades que tenemos agua menos densas,
y menos densas en esta parte, aguas más densas aquí la superficie
del agua es, exagerando mucho, mayor aquí que aquí.
Es decir, esto está expansionado, flota.
Y eso quiere decir que hay una fuerza de gradiente de presión hacia aquí y una
fuerza de gradiente de presión hacia aquí.
Que son compensadas pueden ser compensadas por las fuerzas de Coriolis,
si la corriente viene paralela a la costa hacia el sur.
Y sin adelantar cosas, la corriente va
hacia el noreste por la parte de Mallorca.
Ahora si, en realidad estamos hablando de estas corrientes de talud,
aquí estaría la zona de agua modificada del Atlántico, agua de la costa,
agua más densa en el centro.
Y esta es una corriente residual típica que se da en estas situaciones.
Es decir, tenemos corrientes asociadas a una diferencia de densidad.
El agua está más hinchada aquí y aquí, que aquí en el centro.
Esto es algo que you se conocía aproximadamente desde hace mucho tiempo.
Esto es un dibujo que corresponde a una publicación de Chinikov del año 1966,
es de los primeros cálculos que hicieron, de distancias entre isóbaras.
Hechas a partir de datos de barcos, de campañas donde se tomaban los perfiles,
de temperatura y de salinidad y se construían,
se calculaba la distribución de densidades.
Y se calculaba la distancia, sumando los volúmenes específicos,
ver la distancia que había entre la isóbara de 1000 metros, por ejemplo,
y la isobara de 500, que es este caso.
Y viendo estas distancias, uno se da cuenta que ene sta zona,
el agua está hundida y está más elevada en los bordes.
Por lo tanto, estas flechitas indican cuál
tiene que ser la dirección y la magnitud se pueda calcular de la corriente que
compensaría, que puede ser que la corriente no sea
exactamente la misma porque hay más factores, más fuerzas que actúan.
Pero en principio, entre 1000 metros de profundidad o 1000 decibares y
500 decibares de presión, esta distancia, la distribución de esta distancia
nos da una topografía, y esta topografía está relacionada con la circulación.
Y fijaos, que hablamos de la circulación,
del agua que entra por aquí, la levantina intermedia.
Ésta circulación de tipo ciclónico con una parte más densa en el centro
y una circulación que se acerca hacia Gibraltar.
Este mapa es de los primeros que se obtuvieron, pero claro,
actualmente es posible desde satélite, o mediante
huellas que van por su cuenta, submarinos, etc.
Uno puede tener muchísimos más datos y puede
tener muchos más detalles de la circulación.
Pero lo que es el esquema general global,
ésto es lo que también se hizo inicialmente para los océanos.
Por lo tanto tenemos con este ejemplo la muestra de que el mediterráneo,
es realmente, tiene todos los ingredientes de lo que es un océano en pequeño.
Un océano accesible para los humanos y que en realidad a lo largo de la
historia nos ha enseñado muchísimas cosas.
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