INTRODUCCIÓN

El agua del mar es una solución de sales, por lo que sus propiedades físicas son muy diferentes de las del agua dulce y varían de acuerdo con la cantidad de sales que contenga.

Figura 1.1. Vista del mar desde el Salto del Fraile - Chorrillos. Fuente: Rafael García, 2007 en Google Earth, 2012.

Cloruro (Cl-) 55.07 Sodio (Na+) 30.62

Sulfato (SO42-) 7.72 Magnesio (Mg++) 3.68

Bicarbonato

(HCO3-)

0.4 Calcio (Ca++) 1.18

Bromuro (Br-) 0.19 Potasio (K+) 1.1

Flúor (F-) 0.01 Estroncio (Sr++) 0.02

Ácido bórico (H3BO3)

0.01

Aniones Cationes

Molécula no disociada

Tabla 1.1. Composición de solutos sólidos del agua del mar, cada uno

expresado como porcentaje del total. Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva,

2006.

El agua de mar es una disolución en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los 2/3 de los elementos químicos naturales están presentes en el agua de mar, aunque la mayoría sólo como trazas.

COMPOSICIÓN

Salinidad

Conductividad Eléctrica

Temperatura

Densidad

Viscosidad

Tensión Superficial

Sonido en el Océano

Luz en el Océano

CARACTERISTICAS

GASES DISUELTOS

EN AGUAS OCEÁNICAS SUPERFICIALES BIEN MEZCLADAS, LA COMPOSICIÓN TÍPICA DE GASES DISUELTOS INCLUYE UN 64% DE NITRÓGENO (N2), UN 34% DE OXÍGENO (O2) Y UN 1,8% DE DIÓXIDO DE CARBONO (CO2), MUY POR ENCIMA ÉSTE ÚLTIMO DEL 0,04% QUE HAY EN EL AIRE LIBRE.

EL OXÍGENO (O2) ABUNDA SOBRE TODO EN LA SUPERFICIE, DONDE PREDOMINA LA FOTOSÍNTESIS SOBRE LA RESPIRACIÓN, Y SUELE PRESENTAR SU MÍNIMO HACIA LOS 400M DE PROFUNDIDAD, DONDE LOS EFECTOS DE LA DIFUSIÓN DESDE EL AIRE LIBRE Y DE LA FOTOSÍNTESIS YA NO ALCANZAN, PERO DONDE TODAVÍA ES ALTA LA DENSIDAD DE ORGANISMOS CONSUMIDORES, QUE LO AGOTAN.

La salinidad debe ser la suma de todas las sales disueltas en gramos por el kilogramo de agua de mar.

La salinidad media del océano es de 35 gramos de sales por kg de agua de mar, es decir, S=35 ppm (partes por mil).

La salinidad absoluta (SA), está en base a una

relación entre la clorinidad y la salinidad.

SALINIDAD

La conductividad eléctrica es la capacidad que tiene una sustancia para transmitir corriente a través de ella.

La conductividad se incrementa directamente en función a la salinidad, es decir, mientras más iones se encuentren en una solución, mayor será la conductividad y la salinidad.

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA

Figura 1.2. Temperatura en la Superficie del Océano Pacífico. Fuente: National Oceanic and Atmospheric Administration, 2012.

TEMPERATURA

La temperatura tiene un gran poder termo estabilizante en el mar, depende de la cantidad de radiación solar que reciba y refleje.

Además, tiene gran influencia en las propiedades físicas de: densidad, viscosidad, tensión superficial, módulo de elasticidad, velocidad del sonido.

Es uno de los parámetros más estudiados, es fácilmente medible con termómetro, la cual se expresa siempre en la escala Celsius (ºC)

TEMPERATURA

Figura 1.3. Perfiles Típicos de Temperatura/Profundidad a Distintas Latitudes.

Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.

TEMPERATURA

La densidad del agua del mar consiste en su peso derivado de la cantidad de masa de sales por unidad de volumen de agua, por lo que es directamente proporcional a su salinidad; en cambio, es inversamente proporcional a la temperatura siendo, a mayor temperatura, la densidad menor.

MAYOR SALINIDAD

MENOR TEMPERATURA

MAYOR DENSIDAD

DENSIDAD

La densidad también puede variar con la profundidad, por lo que se encuentra una estratificación del agua del mar, es decir, se presenta una separación horizontal de las capas de agua de diferente densidad.

La densidad oscila entre 1021 kg/m3 en la superficie y los 1070 kg/m3 a 10000 m de profundidad. Por conveniencia, es usual expresar sólo la cantidad definida por:

DENSIDAD

Figura 1.4. Perfiles Típicos de Densidad/Profundidad a Distintas Latitudes.

Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.

DENSIDAD

Figura 1.5. Tensión Superficial. Fuente: Marina Nuñez, 2012.

TENSION SUPERFICIAL

La energía sonora se propaga con facilidad en el agua, puede penetrar hasta las partes más profundas del océano y aún atravesar toda una cuenca oceánica. Si la fuente sonora es muy energética, también es posible penetrar las capas de sedimentos y rocas del fondo.

Una expresión matemática que se usa, para que se note el tipo de relación es:

SONIDOS DEL OCEANO

Se debe tener precaución al utilizar el sonido en grandes distancias, ya que, se refleja y refracta con los cambios de propiedades del agua. Además, los cambios bruscos de densidad del agua, reflejan y refractan la señal, que a partir de un ángulo no puede penetrar.

Figura 1.6. Refracción y reflexión del sonido.

Fuente: Cifuentes Lemus et al., 2012.

EL SONIDO

Las propiedades físicas de la luz son: la reflexión, proceso por el que la superficie del agua del mar devuelve a la atmósfera una cantidad de luz que se transmite en el agua del mar; la absorción, o sea el grado de radiación retenida, y la turbidez, que consiste en la reducción de la claridad del agua por la presencia de materia suspendida.

Las características ópticas se producen debido a que el agua del mar presenta cierta transparencia, es decir, la posibilidad de dejar pasar la luz, transparencia que cambia conforme aumenta la profundidad, debido a los factores anteriormente mencionados.

LUZ

La transparencia del mar se mide usando un disco blanco de 30 centímetros de diámetro, llamado “Disco de Secchi”, y la transparencia media del agua oscila entre 1 y 66 metros de profundidad.

Figura 1.8. Disco de Secchi.Fuente: Cifuentes Lemus et al.,

2012.

LUZ

Figura 1.9. Espectro electromagnético y la transmisión de luz en el agua. Fuente: Lizano R., 2012.

LUZ EN EL OCÉANO

Figura 1.10. Variación de salinidad, temperatura y densidad del agua de superficie con la latitud.

Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.

DISTRIBUCIÓN DE DENSIDAD, TEMPERATURA Y SALINIDAD

Olas: definición.

Las olas son ondulaciones de la superficie del agua. El viento da lugar a la formación de olas por fricción contra la superficie del agua, de manera que ciertas partículas de agua se aceleran y montan sobre otras más estáticas y ahí comienza una pequeña ondulación que, a medida que el viento le comunica mayor energía, va aumentando convirtiéndose esta ondulación en una ola.

Parámetros de una ola. Como onda que es tiene

una cresta , que es la parte más alta de una ola,

y un valle, que es la parte más profunda entre dos olas consecutivas.

A la distancia entre dos crestas se le denomina longitud de onda (λ)

y a la diferencia de altura entre una cresta y un valle se le llama altura de la ola.

La amplitud es la distancia que se aparta de su posición media en una dirección perpendicular y vale la mitad de la altura.

La pendiente (δ) es el cociente de la altura y la longitud de onda: δ = H / λ

Causas de las olas.

1. El viento. Transmite parte de su energía a la superficie del agua por rozamiento. Es la causa principal. 2. Maremotos. 3. Corrientes. 4. Mareas. 5. Erupciones volcánicas.

Oleaje.

A las olas provocadas por el viento se les llama olas forzadas. La caída de estas olas sobre el agua genera ondulaciones llamadas olas libres u oleaje, que son las que llegan hasta las costas.

Al alcanzar la costa las olas cambian de dirección, disminuye su velocidad, y se transforman, debido a la topografía marina, principalmente a la reducción de la lámina de agua. Cuando la profundidad es inferior a la mitad de la longitud de onda se producen tres fenómenos:

Refracción: se produce cuando las crestas de las olas se orientan en paralelo a las isobatas ( línea que sobre un mapa

une los puntos con la misma profundidad). Las olas rompen, prácticamente, en paralelo a la línea de la costa

Reflexión: se produce cuando la ola se topa con un obstáculo

Difracción: se produce cuando la ola se topa con un obstáculo que parte la cresta de ola (cabo, isla) y que

provoca la separación de la cresta de la ola. En este caso se atenúa las olas, debido a la disipación de la energía.

Tipos de oleaje:

a) Según la energía de generación u origen (Carter, 1991)

• Olas marinas o de viento. Están sometidas a la influencia directa del viento que las produce, pudiendo llegar a anularse o reforzarse.

• De fondo o swell. Olas que no están bajo la influencia directa del viento, a causa del cese de este, que pueden desplazarse decenas, o incluso centenas de kilómetros desde su zona de origen y según la dirección del viento sin ser mantenidas por éste.

• De temporal. Mantenidas por el viento de una zona tormentosa. Puede llegar a ser un oleaje muy destructivo, con longitud de onda y periodo largos, de gran altura: desde arboladas (6 a 9m) a enormes (mayores de 14m).

• Tsunamis. Oleaje asociado a la actividad submarina (tectónica, volcánica, deslizamiento), que desplaza masas de agua a gran profundidad y origina olas en superficie con amplitud pequeña (alrededor de 1 m) y gran longitud de onda(50 a 200 Km); pueden transportarse a largas distancias(centenas de Km) y velocidades (hasta 800 km./h). En el mar apenas es perceptible, sin embargo, al llegar a la costa sufre una notable transformación: cuando disminuye la profundidad, esa energía acumulada debe concentrarse en un volumen de agua mucho menor, lo cual implica mayor altura, pasando de 60-100 cm a 15-30m. Son olas muy destructivas.

b) Según su frecuencia (Munk, 1951)

• Olas capilares. Se deben al roce entre laminas de aire y agua en la misma fuente del viento; están controladas por la tensión superficial del líquido. Son pequeñas rizaduras con morfología en V, cuya longitud de onda es inferior a 1'73cm y su altura aproximada unos milímetros.

• Olas de gravedad. Olas generadas por la transferencia de energía desde el viento al agua y controladas por la masa movilizada.

• Olas infragravitatorias. Formadas mediante interacción entre olas. Tienen amplitud baja y periodos largos.

• Olas de periodo largo. Producidas por movimientos periódicos de baja frecuencia(mareas) y eventos sin periodicidad (tsunamis y tormentas).

c) Según sus propiedades hidrodinámicas

• De derrame: Movimiento progresivo de atenuación en una onda y paso a la traslación; llegan a presentar rupturas encadenadas.

• De vuelco: Adelanto en cada cresta respecto a su base, perdida de sustentación y enroque, ocasionando un vacío o 'voluta', con desintegración posterior y fuertes turbulencias.

• Ondulada: Formación de una cresa que no llega al 'vuelco' y se diluye, al tiempo que es adelantada por su base en avance hacia la zona de batida.

• De colapso: Caso mixto entre vuelco y ondulada.

Mareas

Según Newton, las mareas se originan por la diferencia existente en cada punto de la tierra entre dos fuerzas:

-la atracción de la Luna (o el Sol) sobre dicho punto ( es mayor en los puntos más cercanos a la Luna) -y la fuerza centrífuga que sufre al girar en torno al centro de gravedad del sistema Tierra-Luna (constante en todos los puntos de la Tierra). Al girar nuestro planeta sobre sí mismo, un observador situado sobre su superficie pasaría por dos máximos, asociados a los extremos de la elipse, y por dos mínimos.

La marea es el cambio periódico del nivel del mar, producido principalmente por las fuerzas gravitacionales que ejercen la Luna y el Sol.

Tipos de mareas

− Marea alta o pleamar:

cuando el agua del mar alcanza su altura más alta dentro del ciclo de las mareas.

− Marea baja o bajamar: cuando el agua del mar alcanza su altura más baja dentro del ciclo de las mareas.

Normalmente se producen dos pleamares y dos bajamares por día lunar ya que, al mismo tiempo que la Luna eleva el agua sobre la Tierra en el lado que mira hacia ella, también separa la Tierra del agua en el lado opuesto.

El resultado es que el agua se eleva por encima de la superficie terrestre en dos lados diametralmente opuestos del planeta.

A.- Según la altura de la marea:

Tipos de mareas

Mareas vivas o sicigia:

Ocurren durante las fases de luna llena y luna nueva, cuando la Luna y el Sol están alineados y sus efectos gravitatorios se suman.

Mareas muertas o de cuadratura:

Es el caso contrario, durante las fases de cuarto creciente y cuarto menguante, por el contrario, los efectos se restan, obteniéndose mareas de menor amplitud (coeficiente de mareas más bajo), denominadas mareas muertas.

-Mareas semidiurnas: 2 mareas altas y 2 bajas cada día-Mareas diurnas: 1 marea alta y 1 baja cada día-Mareas mixtas: Sucesivas altas y bajas de diferente altura

B.- Según las fases de la luna:

Corrientes oceánicas:

Una corriente oceánica o marina es un movimiento superficial de las aguas de los océanos y en menor grado, de los mares más extensos.

Causas: -el movimiento de rotación terrestre (que actúa de manera distinta y hasta opuesta en el fondo del océano y en la superficie) -por los vientos constantes o planetarios, -la configuración de las costas y la ubicación de los continentes.-la diferente evaporación y salinidad

Tipos de corrientes

A) Según su temperatura- Cálida: flujo de las aguas superficiales de los océanos que tiene su origen en la Zona Intertropical y se dirige, a partir de las costas orientales de los continentes (América del Norte y Asia) hacia las latitudes

medias y altas en dirección contraria a la rotación terrestre. - Fría: flujo de aguas frías que se mueven como consecuencia del movimiento de rotación terrestre, a partir de las costas occidentales de los continentes por el ascenso de aguas frías de grandes profundidades en la zona intertropical y subtropical.

- Mixta: algunas corrientes que surgen en las costas occidentales de los continentes en las zonas próximas a los trópicos se desplazan hacia el este como corrientes frías pero, en la medida en que se desplazan por los océanos más amplios, se van calentando superficialmente y se convierten en cálidas.

Tipos de corrientes 2

B) Según sus características

Corrientes oceánicas, son producidas por el movimiento de rotación terrestre por lo que presentan

un movimiento constante, en general, en sentido este oeste en la zona intertropical.

Corrientes de oleaje, son las que modifican en gran parte el litoral y son producidas por los vientos, en especial, por las tempestades o huracanes que se asocian al movimiento de las masas de aire tanto de origen continental como marítimo.

Corrientes de marea, son corrientes periódicas con ciclo diario que son producidas por la atracción lunar y en menor grado, del sol. Son corrientes superficiales de las aguas del mar y, por lo tanto, involucran en su mayor parte, aguas cálidas.

Corrientes de deriva litoral: constituyen la resultante de la acción de las corrientes oceánicas al llegar a las costas cuyo trazado presenta alguna inclinación o desviación con respecto a la dirección original de las mismas.

Corrientes de densidad, es la presencia vertical de dos masas de agua con distinta densidad y se presentan en los lugares de contacto entre aguas de distinta temperatura: una fría a mayor profundidad (por su mayor densidad) y otra cálida en la superficie.

Tipos de corrientes 3

C) Según la profundidad Corrientes de profundidad, son

corrientes generadas debajo de los 1000 m de profundidad, principalmente debido a la rotación terrestre, que da origen a aguas profundas, y por lo tanto frías, en las costas occidentales de los continentes en las latitudes intertropicales.

Corrientes de superficie, son las corrientes originadas por la acción giratoria de la Tierra, y que se ven afectadas por los vientos predominantes, los cuales les transmiten gran cantidad de energía y generan corrientes circulares a escala terrestre o en forma de espiral, formando "bucles" en las latitudes próximas a los trópicos.

Catástrofes naturales:

Los maremotos (tsunamis) son olas marinas gigantes producidas por terremotos submarinos o derrumbes del fondo del mar. Pueden atravesar miles de kilómetros a velocidades de entre 500 y 1000 km/h con muy poca pérdida de energía y al llegar a tierra, golpean contra la costa con efectos devastadores.

Un megatsunami, también denominado Muro de agua, es un tsunami que excede en proporciones monstruosas el tamaño promedio de éstos. El megatsunami más grande registrado es el que se dio en Alaska el 9 de julio de 1958, en la bahía Lituya, que se elevó sobre unos 500 metros, convirtiéndose en la ola más grande de la que se tuvo registro.

Llamada el terror de los mares la Ola Brava u Ola Errante es una gigantesca ola marina que puede ser generada por un siniestro en las corrientes marinas, un tifón o una gran tormenta. Su peligrosidad comienza cuando estas alcanzan navíos ya que su fuerza es capaz de encampanarlos o aplastarlos si son barcos pequeños. Este fenómeno es difícilmente previsto.

Cifuentes Lemus, J. L., Torres-García, P., & Frías M., M. (Diciembre de 2012). Propiedades Físicas del Agua del Mar. Obtenido de El Océano y sus Recursos III. Las Ciencias del Mar: Oceanografía Física, Matemáticas e Ingeniería: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/oceano.htm

Gonzáles Alvarez, S. A. (Diciembre de 2012). El Agua de Mar: ¿Qué la hace tan especial para la vida? Obtenido de Un Mar de cosas por Explorar: http://valoraciencia.ucn.cl/guia/06-profe-aguademar.pdf

Grupo de Ingeniería Oceanográfica y de Costas. (2000). Documento de referencia: Dinámicas (Vol. I). Santander: Universidad de Cantabria.

REFERENCIAS

Lizano R., O. G. (Diciembre de 2012). Propiedades Físicas del Agua de Mar. Obtenido de Topicos en Oceanografía Física: http://www.cimar.ucr.ac.cr/Oceonografia/capitulo4.pdf

Marina Nuñez, G. (Diciembre de 2012). Tensioactivos y objetos flotantes. Obtenido de Hablando de Ciencia: http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2012/04/13/tensioactivos-tension-superficial/

National Oceanic and Atmospheric Administration. (Diciembre de 2012). Sea Surface Temperature (SST) Contour Charts. Obtenido de Office of Satellite and Product Operations: http://www.ospo.noaa.gov/Products/ocean/sst/contour/index.html

Osorio Arias, A. F., & Alvarez Silva, O. A. (2006). Introducción a la ingeniería de Costas. Medellín: Universidad Nacional de Colombia.

REFERENCIAS