Mares y océanos

La mayor parte del agua presente en la Tierra es la que forma los océanos y los mares. Sus funciones son diversas y todas ellas importantes: constituye el medio donde se desarrolla la vida de innumerables organismos, es un óptimo regulador de la temperatura atmosférica y representa el punto de partida del ciclo hidrológico, por citar sólo algunas de las más notables.

El agua marina es salada. Su composición química no es pura, sino que incluye una importante cantidad de compuestos orgánicos e inorgánicos disueltos, además de sustancias en suspensión. El contenido en sales del agua se conoce como salinidad, que, junto con la temperatura, constituye una de sus principales características.

Además de hallarse involucrada en el ciclo hidrológico, el agua de los mares y océanos está sometida a otro tipo de desplazamientos. Los vientos, que empujan las aguas superficiales, y las diferencias de densidad, que hacen que masas de agua fría y densa se hundan y desplacen a otras menos densas, provocan diversos tipos de corrientes oceánicas, todas ellas interrelacionadas.

La fuerza de atracción gravitatoria de la Luna y del Sol constituye el motor de las mareas, el segundo de los movimientos de las aguas marinas. Por último, el viento provoca unos giros de la superficie acuática bien conocidos por todos: las olas.

La influencia que los océanos poseen sobre el clima resulta evidente al estudiar el fenómeno de El Niño. Éste se produce de forma cíclica, cada cierto número de años, y afecta principalmente a la costa occidental de Sudamérica. Un calentamiento anómalo del agua del océano Pacífico es causante de lluvias torrenciales, violentas inundaciones y otras perturbaciones climáticas, con graves efectos sobre las actividades humanas.

Mares y océanos

El agua contenida en los mares y los océanos constituye aproximadamente el 79 % del total existente en la Tierra, además de cubrir más de las tres cuartas partes del planeta. Esta agua ocupa las depresiones existentes entre los continentes y, aunque conforma en realidad un manto continuo, se divide por convención en cinco diferentes océanos: el Pacífico, el Atlántico, el Índico, el Ártico y el Antártico. La profundidad media de estos océanos ronda los 3.800 metros.

Islote polinésico en el océano Pacífico. Gracias a la continua evaporación de sus inmensas superficies de agua, las tierras del hemisferio sur mantienen, por lo general, una temperatura casi constante a lo largo del año.

Los mares son zonas específicas de los océanos, a modo de entrantes de éstos en los contornos de los continentes. Cuando el mar posee una gran comunicación con el océano del que forma parte, por ejemplo el Cantábrico, se denomina mar abierto. En el caso contrario, cuando el mar apenas tiene comunicación con el océano, como ocurre con el Mediterráneo, se dice que es un mar interior. También se califican de mares ciertos lagos de grandes dimensiones, como el Caspio y el Muerto.

En cualquier caso, las aguas de los océanos y los mares representan un medio de regulación de la temperatura atmosférica de enorme importancia. Este efecto puede apreciarse fácilmente al observar los diferentes climas predominantes en los hemisferios norte y sur.

La mayor parte del agua oceánica se halla ubicada en el hemisferio sur del planeta, un agua que al evaporarse consume enormes cantidades de la energía de radiación aportada por el Sol. En consecuencia, las regiones continentales de este hemisferio conservan unas temperaturas prácticamente constantes a lo largo del año, sin apenas diferencias entre el verano y el invierno.

En el hemisferio norte, sin embargo, donde la proporción de tierra es mayor, la regulación de la temperatura que realizan los océanos no resulta tan acusada. Por tanto, existen importantes diferencias climáticas; en invierno las zonas continentales se enfrían mucho, mientras que en verano alcanzan temperaturas elevadas.

El agua de mares y océanos

Cualquiera que haya probado un trago de agua de mar sabe que ésta posee un gusto muy diferente al del agua potable que brota de los manantiales o de los grifos. Su sabor salado se debe a su peculiar composición. El agua de los mares y océanos no está formada sólo por hidrógeno y oxígeno, como se podría pensar por su fórmula química, H2O. En un 3 % de su composición, esta agua porta consigo diversos compuestos químicos disueltos, tanto orgánicos como inorgánicos, además de sustancias en suspensión.

Los elementos con una mayor presencia son, de mayor a menor cantidad, cloro, sodio, magnesio, azufre, calcio, potasio, bromo, estroncio, boro y flúor. Los dos primeros, el cloro y el sodio, son los más abundantes. Entre ambos forman el cloruro de sodio, NaCl, o sal común.

Algunos de los compuestos incluidos en el agua marina son conservativos, es decir, su concentración permanece constante en todos los lugares. Otros, como el oxígeno disuelto o los nitratos, son no conservativos y su concentración sufre importantes variaciones espaciales como consecuencia especialmente de ciertos procesos biológicos. La concentración en sales del agua marina se conoce como salinidad. Ésta y la temperatura representan sus rasgos característicos principales.

Los valores de la salinidad y de la temperatura dependen de diversos factores. Los ríos aportan, además de agua dulce, notables cantidades de sustancias disueltas y sólidos en suspensión. El viento que sopla desde las regiones interiores de los continentes hacia los mares y los océanos contribuye también con las partículas sólidas que arrastra consigo.

En los fondos oceánicos tiene lugar el surgimiento de aguas hidrotermales que han atravesado y disuelto materiales de la corteza terrestre. A todo esto se debe añadir la acción de un enorme número de organismos que durante sus procesos vitales toman del agua sustancias disueltas y las transforman en sólidos.

La salinidad de los océanos, cuya composición se muestra en la tabla 1, varía entre 33 y 37 gramos de sales por kilogramo de agua; el valor más habitual es de 26 g/kg de agua. El hecho de que se dé un valor mayor o menor depende sobre todo de la profundidad a la que se realice la medición. Las zonas superficiales, y en particular las próximas a las costas, acostumbran a sufrir alteraciones en su concentración salina debido a las pérdidas y aportes de agua que experimentan. Las regiones donde se produce un alto grado de evaporación cuentan con valores altos de salinidad. El mar Rojo, por ejemplo, posee una salinidad en su superficie de 41 g/kg de agua. Ocurre lo contrario allí donde abundan las precipitaciones atmosféricas.

Tabla 1. Composición salina del agua oceánica.

Las desembocaduras de los ríos tienen a su vez dos tipos de efectos sobre la salinidad. En primer lugar, la reducen, puesto que el aporte de agua dulce contribuye a diluir las sales. Por otra parte, si el río arrastra consigo sustancias salinas, éstas pueden aumentar la salinidad del agua de mar y alterar su composición.

En los océanos Ártico y Antártico, el agua se congela dependiendo de las estaciones, formando una capa de hielo. Como las sales no forman parte del hielo, sino que permanecen en el agua líquida, la salinidad es más alta durante el invierno y desciende en verano, cuando el hielo se derrite, diluyendo las sales. Las regiones profundas de los océanos, donde los fenómenos antes descritos apenas tienen influencia, poseen una salinidad constante, tanto en el tiempo como en el espacio, que ronda los 35 g/kg de agua.

En lo referente a la temperatura del agua, su valor también experimenta cambios según la profundidad. En las zonas superficiales, el calentamiento debido a la radiación solar es mayor. Los valores más elevados se alcanzan en la región ecuatorial, y disminuyen a medida que crece la latitud. Otros factores, como la variación del clima y de las horas de luz con las estaciones, afectan también a la temperatura del agua. Como consecuencia de todo ello, la temperatura media en la superficie es de 18 °C.

Al desembocar en el mar, los ríos pueden modificar –disminuyendo o aumentando– la salinidad marina. En la imagen, el río San Lorenzo a su paso por Quebec, poco antes de su desembocadura en el océano Atlántico.

Por otro lado, la temperatura en los océanos decrece a medida que aumenta la profundidad. En los fondos oceánicos, el valor medio es de 3 °C. Esto significa que existe una importante diferencia de temperatura entre la superficie y el fondo, diferencia que resulta más acusada cuanto más baja sea la latitud.

Basándose en la temperatura, los océanos pueden dividirse en tres regiones. En primer lugar, las aguas superficiales, donde las temperaturas son las más altas a la vez que las más variables, entre 12 y 30 °C, y que constituyen el 2 % del total de los océanos.

A continuación se distingue una región intermedia, que va desde los 200 hasta los 1.000 metros de profundidad, denominada termoclina, donde se produce un importante salto en la temperatura. Por último, se sitúan las zonas profundas, mucho más frías y estables en cuanto a su temperatura, entre 5 y –1 °C, las cuales representan el 80 % de total.

En las aguas oceánicas, según aumenta la profundidad desciende la temperatura. La media en los fondos es de unos 3 ºC.

Las corrientes

El agua de los océanos y los mares no permanece estática. Está sujeta a importantes desplazamientos, tanto horizontales como verticales, que la hacen circular por todo el planeta. Tales desplazamientos se conocen como corrientes.

Los motivos por los que se originan las corrientes son de dos tipos: intrínsecos y extrínsecos. Los intrínsecos son los relacionados con las características propias del agua: su temperatura, salinidad y densidad. Los motivos extrínsecos se relacionan con aspectos ajenos al agua, como el relieve del fondo oceánico, los cambios de la presión atmosférica, la acción de las mareas y el efecto Coriolis.

Existen dos tipos fundamentales de corrientes: superficiales y profundas. Las primeras son consecuencia de la permanente circulación de grandes masas de aire sobre el planeta: los vientos alisios y los contraalisios. Estos vientos empujan el agua de la superficie oceánica, haciéndola trazar grandes trayectorias circulares, conocidas como giros, que poseen sentido horario en el hemisferio norte y antihorario en el sur. En el mapa de la figura 4 se muestran las principales corrientes oceánicas del planeta.

Principales corrientes oceánicas.

Por otro lado, debido a la acción de la rotación terrestre, el centro de cada uno de estos giros experimenta un desplazamiento. En el hemisferio norte se mueven hacia el oeste, mientras que en el hemisferio sur lo hacen hacia el este. Tales desplazamientos ocasionan que los giros terminen entrando en contacto con los continentes, lo que hace aparecer fuertes corrientes paralelas a sus costas.

Debido a las distintas direcciones de movimiento de los giros según el hemisferio, en las regiones continentales del hemisferio boreal estas corrientes paralelas se presentan en las costas orientales, mientras que en las regiones del hemisferio austral aparecen en las costas occidentales. En los océanos polares, los vientos originan unas corrientes superficiales que se desplazan en dirección O-E, y que en el caso del Polo Sur dan toda la vuelta al continente antártico.

Las corrientes superficiales se dividen a su vez en cálidas y frías. Las primeras son las compuestas por agua que se halla a una temperatura superior a la que aparece en las zonas que atraviesa. En el caso de las corrientes frías ocurre lo contrario.

Las corrientes profundas, también llamadas termohalinas, son ocasionadas por cambios en la densidad del agua provocados, a su vez, por las diferencias horizontales de salinidad y temperatura. Se desplazan a gran profundidad, arrastran consigo gran cantidad de sedimentos y su recorrido se encuentra condicionado por la orografía del fondo oceánico. Son menos vigorosas que las corrientes superficiales, y poseen una velocidad media de 1 cm/s.

Cuando la densidad del agua situada en la superficie del océano aumenta debido a un enfriamiento o a un ascenso del nivel de evaporación, se hunde, desplazando durante su descenso a la masa de agua que encuentra a su paso. Al mismo tiempo, el espacio libre que ha dejado en la superficie es ocupado por una nueva cantidad de agua.

Este mecanismo representa la base de las corrientes termohalinas. El punto de inicio de éstas se halla en los polos, donde importantes cantidades de agua fría se hunden y, al desplazarse hacia latitudes menores donde la temperatura es más alta, originan una circulación que afecta a todo el conjunto de los océanos.

En la práctica, ambos tipos de corrientes, las superficiales ocasionadas por el viento y las termohalinas provocadas por cambios de temperatura y salinidad, se hallan relacionados, puesto que la velocidad del viento condiciona la temperatura superficial del agua y la evaporación. Las dos corrientes forman en conjunto una circulación única, a escala planetaria, de acuerdo al llamado modelo de la cinta transportadora, tal como se muestra en la figura 5.

Modelo oceánico de la cinta transportadora.

Esta circulación se compone de una corriente que se desplaza a poca profundidad, constituida por agua templada y poco densa, y por otra que se mueve por las profundidades, de agua fría y densa. Los cambios de sentido de las corrientes tienen lugar en los polos. El agua se hunde en las proximidades del círculo polar ártico y asciende cerca del círculo polar antártico.

Existen además otros tipos de corrientes, aunque de menor importancia. Las corrientes litorales son las provocadas por el movimiento de las olas y centran su efecto en las zonas costeras. Las corrientes de marea, causadas por el fenómeno del mismo nombre, afectan también a las costas. Las corrientes de descarga se producen por intercambio de masas de agua entre cuencas oceánicas o marinas.

A su vez, las corrientes de turbidez tienen lugar en el fondo de los mares y océanos, generalmente en zonas de pendiente, desplazándose hacia zonas más profundas. Arrastran grandes cantidades de materiales en suspensión y sus desencadenantes son fenómenos sísmicos, origen de deslizamientos del terreno. Por último, las corrientes de deriva constituyen prolongaciones de corrientes de superficie o de descarga.

Las mareas

La atracción gravitatoria que el Sol y la Luna ejercen sobre los mares y océanos, combinada con la acción de la rotación terrestre, produce unos desplazamientos del agua –en forma de ascensos y descensos de su nivel– denominados mareas. De acuerdo con la ley de la atracción universal enunciada por Isaac Newton en el siglo xvii, dos cuerpos ejercen una atracción recíproca entre sí, con una fuerza que es directamente proporcional al valor de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Esto es precisamente lo que ocurre entre la Luna y la Tierra, y en menor medida entre la Tierra y el Sol. La Luna ejerce una fuerza de atracción sobre nuestro planeta que no alcanza el nivel suficiente para afectar a su forma o desviarlo de su trayectoria, aunque sí es capaz de deformar la superficie de los océanos. Esto se refleja en una especie de abultamiento, o ascenso del nivel del agua, en la zona del planeta que se halla situada bajo el satélite.

Al mismo tiempo, por el principio de acción y reacción, en las antípodas de ese punto se produce una subida similar de las aguas. El ascenso del agua se conoce como flujo, y el punto máximo que alcanza, como pleamar. Por su parte, el descenso es el reflujo, y su punto mínimo, la bajamar. La amplitud de una marea es la diferencia existente entre la altura del agua en la pleamar y en la bajamar.

La pleamar es el punto de máximo nivel que alcanza el agua marina durante una marea. En el lado contrario, la bajamar constituye el mayor descenso hídrico de la marea.

Dado que el Sol se encuentra a una distancia mucho mayor de la Tierra que la Luna, su efecto sobre las mareas es menor y contribuye sólo a acentuar o mitigar la acción del satélite sobre las aguas. Los periodos del año de mareas vivas, en los que tanto el ascenso como el descenso de las aguas resultan más acusados, se corresponden con las etapas de luna llena y luna nueva, cuando el Sol y el satélite pasan casi al mismo tiempo sobre cada meridiano.

Los periodos de mareas muertas, por otra parte, son los que se corresponden con las etapas de cuarto creciente y cuarto menguante. El cálculo de la hora a la que se producirá la pleamar resulta muy sencillo: basta sumar 50,5 minutos a la hora en que tuvo lugar el día anterior. En la figura 7 se representa la posición de la Tierra, el Sol y la Luna durante las mareas vivas y las mareas muertas.

Las fuerzas de atracción del Sol y de la Luna se combinan en las fases de mareas vivas (arriba) y se oponen durante las mareas muertas (debajo).

La Tierra no se encuentra en el centro exacto de la órbita que recorre la Luna, sino que su recorrido es ligeramente excéntrico. Esto quiere decir que el satélite no se halla siempre a la misma distancia del planeta. En su posición de máximo alejamiento, llamada apogeo, su efecto sobre el nivel de las aguas es menor. Por el contrario, en su posición de máximo acercamiento, conocida como perigeo, el efecto es menor. Entre una situación y otra, la amplitud de las mareas puede variar hasta el 20%. La amplitud aumenta también cuando la Luna pasa durante su órbita sobre el ecuador terrestre.

Existen otros factores que influyen en que las mareas sean más o menos acusadas. El más importante, sin duda, es la orografía del fondo oceánico, y en especial la de las costas. La presencia de entrantes en los litorales, como golfos, bahías y ensenadas, hace que en estas zonas el efecto de las mareas sea más apreciable que en otros lugares donde la costa no posee accidentes. La presencia de vientos de carácter continuo, que poseen además una dirección predominante, afecta también a la amplitud de las mareas.

Las olas

Además de las corrientes y las mareas, el agua de los mares y océanos experimenta otro tipo de desplazamiento, si bien de un alcance menor: las olas. A causa del viento, éstas describen un movimiento en forma de ondulaciones que afecta a la superficie del agua.

Es importante tener presente que el movimiento de las olas es oscilatorio, y no produce en esencia un desplazamiento horizontal de las moléculas de agua implicadas. Dicho de otro modo, si en una zona con oleaje se abandonara un cuerpo flotante, se podría ver que éste no avanza, sino que realiza un recorrido circular en el plano vertical, movido por las olas pero regresando siempre al punto de partida. Se puede decir que la ola avanza, pero no el agua.

La fuerza del viento provoca el movimiento oscilatorio del agua marina conocido como oleaje.

Para comprender este fenómeno es necesario conocer previamente cuáles son las fuerzas que actúan sobre una partícula de agua. En primer lugar, el agua se encuentra sometida a su propio peso, el cual la empuja hacia abajo. Al mismo tiempo, sobre una partícula de agua actúa la fuerza conjunta de todas las partículas que la rodean, ejercida al chocar éstas contra aquélla. Si la partícula de agua se encuentra en la superficie, esta fuerza conjunta actúa en la dirección vertical y tiende a levantarla, de ahí que se denomine empuje.

Cuando la partícula de agua está en reposo, su peso y el empuje que experimenta son iguales y se compensan entre sí. Sin embargo, si sobre la partícula en reposo actúa un agente externo que rompe el equilibrio, las dos fuerzas pasarán a estar descompensadas.

Puede ocurrir que el agente haga que la partícula se eleve. En tal caso, el empuje disminuye, haciéndose menor que el peso, y como consecuencia la partícula desciende. Al bajar gana velocidad, lo que hace que no se detenga en la posición inicial, la de equilibrio, sino que continúe descendiendo. Alcanza así un punto en el que su peso pasa a ser menor que el empuje, lo que la hace empezar a subir. De este modo, la partícula de agua permanecerá subiendo y bajando hasta que su rozamiento con las partículas colindantes le haga perder la energía aportada inicialmente por el agente externo.

El agente que de modo más habitual actúa sobre la superficie de los océanos es el viento. Junto con el peso y el empuje del agua, el viento hace que se inicie un movimiento que no sólo es de ascenso y descenso, sino que adopta la forma de un rizo. Las partículas de agua trazan circunferencias verticales, de modo que no existe un verdadero desplazamiento.

El punto donde la ola alcanza su mayor altura recibe la denominación de cresta, mientras que el de la altura mínima es conocido como seno o valle. Los parámetros empleados para caracterizar las olas son: longitud de onda, altura, periodo, empinamiento y velocidad de propagación.

La longitud de onda es la distancia que separa dos crestas consecutivas. La altura consiste en la diferencia de altitud entre las crestas y los senos. Por su parte, el periodo se define como el tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas consecutivas por un mismo lugar. Se llama empinamiento a la relación entre la altura y la longitud de onda. Por último, la velocidad de propagación es aquella a la que avanzan las olas.

Una vez que el viento actúa sobre la superficie del agua y forma las olas, la velocidad de propagación de éstas depende no sólo de la velocidad del viento, sino también de otros factores, como la salinidad y temperatura del agua o su profundidad. La altura normal de una ola es de un séptimo de su longitud de onda. Si crece por encima de este valor, la ola comienza a romper y parte de su energía se consume al formarse turbulencias.

Cuando las olas se aproximan a las costas, la trayectoria circular de las partículas de agua se ve alterada. Las partículas recorren círculos situados en el plano vertical, pero al disminuir la profundidad la parte inferior de tales círculos choca contra el fondo y la ola se frena. En esta situación, la energía acumulada por las olas durante su desplazamiento se libera rápidamente, formándose rompientes que, independientemente de la dirección de acercamiento de las olas a la costa, son paralelas a ésta.

Al chocar contra una superficie rocosa, la rompiente se revienta y la espuma cae sobre la parte anterior de la ola.

Las rompientes pueden ser de diferentes tipos. Las de zambullida son aquéllas en las que la ola gira de manera que su parte superior se mueve con mayor rapidez que la propia ola; en consecuencia, se forma una especie de túnel de agua. En las rompientes reventadas, la espuma cae como una cascada sobre la ladera anterior de la ola. Las colapsadas son las producidas por olas cuyo frente es perpendicular, con la forma de un escalón.

Por último, las rompientes refluentes son las propias de las olas que alcanzan la orilla sin llegar a romperse. De todas éstas, las de zambullida y las reventadas son las que se dan con mayor frecuencia, mientras que las dos restantes se presentan sólo en zonas resguardadas de las costas o en lagos.

El Niño

Cada cierto número de años tiene lugar una combinación de condiciones, tanto en la atmósfera como en las aguas del océano Pacífico, que conduce a un fenómeno climático denominado El Niño. Los efectos de este fenómeno se manifiestan con mayor intensidad en las costas occidentales de Sudamérica, en particular en las del Perú y el Ecuador, si bien afectan a amplias zonas del planeta.

Imágenes termográficas del océano Pacífico que muestran el fenómeno climático de El Niño, apreciable en las tonalidades blancas, rojas y rosáceas. Algunas de las manifestaciones características de El Niño en América son los intensos inviernos estadounidenses, las lluvias torrenciales sobre zonas desérticas del Perú y las inundaciones en regiones áridas de Brasil.

Los años en que se produce El Niño hay lluvias torrenciales en zonas desérticas peruanas, inundaciones en regiones habitualmente áridas y sequías en Australia y Brasil, además de un invierno muy intenso en los Estados Unidos, entre otras situaciones anómalas. Los efectos se prolongan entre 12 y 16 meses.

Sobre el océano Pacífico soplan los vientos alisios, en dirección E-O. Estos vientos arrastran el agua cálida de la superficie del océano, empujándola hacia las costas de Asia y Oceanía. El espacio libre que deja el agua en la superficie permite el afloramiento de una corriente fría, que hasta entonces circulaba por las profundidades. El afloramiento de agua fría tiene lugar en las costas del Perú y el Ecuador y resulta beneficioso para la economía de estos países, ya que favorece la pesca.

Sin embargo, cada varios años, de dos a siete, se produce un debilitamiento de los alisios, los cuales no pueden entonces arrastrar la capa cálida superficial del océano. En consecuencia, la corriente fría no llega a aflorar. El agua en la costa occidental sudamericana se calienta y aumenta la evaporación. Este vapor, al condensarse, provoca fuertes lluvias e inundaciones.

Al mismo tiempo, en las costas de Asia y Oceanía donde deberían llegar las aguas cálidas empujadas por los alisios escasean las lluvias y se sufren sequías. El nombre del fenómeno, El Niño, se debe a las fechas en que tiene lugar, en diciembre y enero, en las cercanías de la Natividad del Niño Jesús.

En el continente asiático, El Niño produce severas sequías. La ilustración muestra el asolado estado indio del Rajastán tras el paso de El Niño en el año 2000.

Un método para prever la llegada de El Niño es la medida del calentamiento del Pacífico. Cuando el fenómeno ocurre de modo moderado, con efectos locales, sus aguas experimentan un calentamiento de 2 o 3 °C, mientras que cuando se da con intensidad este calentamiento puede alcanzar los 10 °C.