X. RELACI�N ENTRE LA ATM�SFERA Y EL OC�ANO, INTERCAMBIO DE CALOR Y ACCI�N DEL VIENTO
CUALQUIER persona que se haya embarcado o se quede en la costa y observe una tormenta en el mar, conoce bien algunas de las consecuencias de la interacci�n entre la atm�sfera y el oc�ano. Sabe que hasta los buques m�s grandes pueden balancearse y cabecear haciendo que la tripulaci�n la pase mal, y que las embarcaciones menores pueden quedar destruidas en un instante, o que las fuerzas del mar llegan a causar grandes cat�strofes en los poblados de la costa y, algunas veces, ocasionan destrucci�n a muchos kil�metros dentro de ella.
Toda esta energ�a que el agua del mar produce cuando el viento sopla sobre su superficie, tambi�n hace que se desgaste la costa y llenen con limo las caletas y las bah�as. Asimismo impulsa las grandes corrientes oce�nicas, como la Corriente del Golfo de M�xico, la de Kuro-Shivo y la del Per�, y produce los movimientos de las masas de agua en el seno del oc�ano.
Otra de las consecuencias de gran importancia de la interacci�n del mar con el viento es que el agua necesaria para mantener la vida en el planeta circula constantemente gracias a la acci�n de este viento.
Durante los �ltimos 30 a�os se han logrado grandes adelantos en la comprensi�n de la relaci�n entre la atm�sfera y los oc�anos; a esto colaboran tres avances t�cnicos: el desarrollo de nuevos instrumentos de observaci�n, por ejemplo, el sat�lite meteorol�gico, que ha revolucionado por completo las oportunidades de observar la atm�sfera y averiguar que es lo que est� sucediendo en todo momento; la implantaci�n de nuevas t�cnicas experimentales que permiten simular la atm�sfera con fluidos giratorios y estratificados, y reproducir en el laboratorio la din�mica de fen�menos como la nubosidad, y el uso de las computadoras de gran velocidad, que permiten hacer pron�sticos utilizando modelos matem�ticos en lugar de la intuici�n.
Adem�s, cada vez se establecen nuevas estaciones de investigaci�n tanto en tierra como en el mar, para observar la relaci�n atm�sfera-oc�ano. Existen varias plataformas de observaci�n meteorol�gica colocadas en el oc�ano y muchos barcos de investigaci�n oceanogr�fica se encuentran haciendo innumerables estudios sobre esta acci�n. La meteorolog�a marina es la rama de la oceanograf�a f�sica que se encarga del estudio de la interacci�n de los oc�anos con la atm�sfera y del comportamiento diario de �sta en las regiones mar�timas.
La atm�sfera. est� compuesta de un 78 por ciento de nitr�geno, 2I por ciento
de ox�geno y 1 por ciento de otros gases como el bi�xido de carbono, arg�n,
cript�n, xen�n, helio, ozono, etc�tera; su peso es de 9 046 cuatrillones de
toneladas; alcanza una altitud de 65 000 kil�metros en donde se empieza a mezclar
con la atm�sfera solar, que se encuentra a 95 000 kil�metros de elevaci�n sobre
la superficie del planeta.
Figura 21. Estudio de la relaci�n oc�ano-atm�sfera.
Seg�n sus caracter�sticas f�sicas y qu�micas, la columna de aire atmosf�rico puede ser dividida en las siguientes zonas: trop�sfera, estrat�sfera, mes�sfera, term�sfera, ex�sfera y magnet�sfera.
La trop�sfera alcanza en promedio 8 kil�metros de altura, aunque en los polos su altura es de 5 kil�metros y, en las regiones tropicales, de 11 kil�metros, debido a la diferencia de temperatura de estas regiones, lo que hace que el aire cambie en densidad: cuando la temperatura es baja el aire es m�s denso y ocupa menor volumen.
La siguiente zona es la estrat�sfera, con una altura de 50 kil�metros y temperatura casi uniforme de menos de 2°C; en ella destaca una regi�n llamada ion�sfera, rica en ozono, O3 que impide la penetraci�n de la radiaci�n ultravioleta del Sol hacia las capas inferiores de la atm�sfera.
Por encima de la estrat�sfera est�n la term�sfera, la ex�sfera y la magnet�sfera, que ocupan una regi�n entre los 100 y los 65 000 kil�metros, que es donde empieza la capa de mezcla entre la atm�sfera terrestre y la del Sol.
La relaci�n entre la atm�sfera y el oc�ano se lleva a cabo en la trop�sfera, debido a que la superficie de la Tierra es la fuente de calor, producido por la radiaci�n solar, que calienta a la atm�sfera, y que influye en las condiciones del clima y del tiempo regulando la cantidad de gases atmosf�ricos y la de vapor de agua.
Se puede considerar que la atm�sfera y los oc�anos tienen el mismo origen, por lo que presentan casi el mismo tipo de constituyentes qu�micos; sin embargo, la superficie del oc�ano es, en realidad, una superficie vers�til e inestable de una complejidad asombrosa.
Al examinar la capa atmosf�rica que lo cubre se observa que existe un intercambio constante de masa en la interfaz mar-aire, es decir: de compuestos qu�micos suspendidos; de energ�a, que consiste principalmente en calor, y de impulso, representado por los vientos.
Cuando se considera la interacci�n atm�sfera-oc�ano, la masa tiene particular inter�s si se toman en cuenta las variadas sustancias que fluyen a trav�s de la superficie oce�nica y de la atm�sfera y la influencia que estas sustancias tienen sobre los fen�menos que se suceden en ambos medios. Ejemplo de ellas son el vapor de agua, gases como el ox�geno y bi�xido de carbono, y los diferentes tipos de sales, que son b�sicos para los sistemas biol�gicos del oc�ano.
La energ�a est� representada por el intercambio de calor que se realiza entre el oc�ano y la atm�sfera, lo que constituye un verdadero motor t�rmico. Dicho intercambio, es el responsable de que existan diferentes temperaturas en los polos y en el ecuador, y a su vez, este calentamiento diferencial es el que ocasiona la circulaci�n de las masas de aire en la atm�sfera y de las aguas en los oc�anos, lo que provoca que la temperatura se mantenga m�s o menos constante en las diferentes regiones de la Tierra.
En la din�mica total del calor de la Tierra intervienen: la zona de interacci�n mar-aire, la energ�a proveniente del espacio que atraviesa la atm�sfera y es absorbida por el oc�ano, los oc�anos que calientan la atm�sfera que los cubre, y luego la atm�sfera que transporta la energ�a a las regiones polares, donde puede ser emitida al espacio en forma de radiaciones.
En conjunto, la Tierra gana y pierde calor por los cambios que se presentan en las radiaciones solares, que reciben el nombre de flujo solar o insolaci�n, y su balance t�rmico depende de la energ�a que le llega del Sol y de la que ella devuelve al espacio. En las latitudes bajas el ingreso de la energ�a proveniente de Sol es mayor que la p�rdida de energ�a al espacio por radiaci�n; en las altitudes altas, en cambio, el ingreso de energ�a proveniente del Sol es menor que la p�rdida al espacio. En la misma latitud, por ejemplo, en toda �frica, la distribuci�n del calor sobre la tierra es muy diferente que la del oc�ano.
En las regiones entre los 20° y los 40° de latitud, las radiaciones llegan sin p�rdida alguna convirti�ndose en energ�a cal�rica.
Por lo tanto, si se tomara en cuenta solamente el efecto de la radiaci�n solar, se tendr�a un cambio constante de la temperatura de la Tierra; los tr�picos tender�an a hacerce m�s c�lidos, y las regiones polares se enfriar�an cada vez m�s. Afortunadamente la temperatura de la Tierra, no depende s�lo de las radiaciones dado que existe un flujo de energ�a desde los c�lidos tr�picos hacia los polos que se lleva a cabo en las porciones fluidas de la Tierra, es decir, tanto en la atm�sfera como en los oc�anos.
Tomando en cuenta la temperatura de las zonas ecuatoriales y polares, la temperatura promedio del agua oce�nica es de 3.8°C. En el hemisferio sur la superficial es 1°C m�s caliente de la que presenta el hemisferio norte; sin embargo, las temperaturas del hemisferio sur, para cualquier latitud, son generalmente m�s bajas que las correspondientes a la misma latitud en el hemisferio norte.
La radiaci�n solar atraviesa directamente la atm�sfera sin ser absorbida hasta llegar a la superficie del planeta, donde los continentes y los oc�anos la absorben; como estos �ltimos ocupan el 70 por ciento del globo, la mayor parte de la energ�a que proviene del Sol se fija en la superficie del mar y es esta radiaci�n absorbida la que calienta la atm�sfera, primero en los tr�picos, y de all� se transporta este calor a las latitudes m�s altas en los polos, donde irradia su energ�a al espacio.
Otra forma de intercambio de calor entre el oc�ano y la atm�sfera resulta de la evaporaci�n de agua de la superficie oce�nica lo que produce calor en una cantidad de 600 calor�as por cada gramo de vapor de agua. Este vapor, una vez que deja la superficie del mar, asciende por el aire libre hasta que se condensa en forma de lluvia gener�ndose las tormentas. Para ilustrar la importancia de la energ�a producida por la evaporaci�n del agua oce�nica, cabe se�alar que la energ�a liberada por la condensaci�n de este vapor es igual a la energ�a el�ctrica que utilizar�an 10 ciudades del mismo tama�o de Nueva York.
La relaci�n entre la evaporaci�n y la precipitaci�n que se presenta en las regiones oce�nicas y atmosf�ricas es muy importante para la transferencia de calor en el planeta.
El tercer intercambio que se presenta en la interfaz mar-aire, es el representado por los vientos, llamado impulso. Estos vientos se producen por la acci�n del calor procedente del Sol y por las diferencias de presi�n en la superficie de la Tierra, fen�menos que hacen que el aire forme el viento al ponerse en movimiento y su acci�n turbulenta provoca que los gases que se encuentran en la atm�sfera se mezclen, creando el aire que se respira.
El viento fluye con una direcci�n que va del lugar de mayor presi�n atmosf�rica al de menor presi�n. En la direcci�n de los vientos interviene el movimiento de rotaci�n de la Tierra, y la velocidad de �stos se modifica por el rozamiento con la superficie tanto de los continentes como de los oc�anos. En las altas latitudes la mayor transferencia de calor se efect�a por el viento.
A los vientos que van desde las zonas de alta presi�n que se localizan en los polos, hacia zonas de baja presi�n del ecuador, se les llama alisios; estos vientos desv�an su trayectoria hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, debido a la rotaci�n de la Tierra, por el denominado efecto de Coriolis. Estos alisios son los m�s constantes, y como su direcci�n principal es de este a oeste fueron llamados "vientos del comercio" por favorecer a las embarcaciones que navegaban del Viejo Continente hacia Am�rica. Otros vientos soplan del ecuador hacia los polos y reciben el nombre de contraalisios, por tener una direcci�n en sentido opuesto a la de los alisios.
Otro tipo de vientos son los monzones, que se caracterizan por cambiar de direcci�n seg�n la estaci�n del a�o: soplan en una direcci�n durante el verano y en la contraria durante el invierno.
Los efectos que producen los monzones son distintos en cada caso; cuando el monz�n asi�tico sopla desde el sudoeste, es decir, cuando proviene del mar, est� cargado de humedad, y en su ascenso por las altas monta�as divisorias de la India, origina una r�pida condensaci�n y la precipitaci�n correspondiente, dando lugar a las famosas lluvias torrenciales monz�nicas del sur del Continente Asi�tico.
Existen otros tipos de viento menos significativos como los llamados vientos generales del oeste, que soplan desde el sudoeste en el hemisferio norte y del nordeste en el hemisferio sur, los cuales, en algunas ocasiones, llegan a adquirir velocidades altas.
Otro tipo de intercambio de energ�a entre la atm�sfera y el oc�ano es la presi�n que ejercen los vientos sobre la superficie del agua, y su resultado principal son las olas y las corrientes marinas. El intercambio de energ�a resultante puede levantar enormes olas y ocasionar grandes corrientes oce�nicas, lo que produce importantes cambios en el clima de las zonas costeras y los continentes.
Estas manifestaciones de los vientos pueden ser violentas. Por ejemplo, cuando un lugar determinado de la atm�sfera incrementa su temperatura, el aire situado en ella se dilata, haci�ndose m�s denso, y tiende a descender, por lo que en las capas inferiores de la atm�sfera, en donde hay aire fr�o, �ste es desalojado y el lugar abandonado es ocupado por corrientes de aire que fluyen ascendiendo en espiral, arrastrando arena y polvo cuando se presenta el fen�meno en los continentes, y agua cuando se presenta en los oc�anos; a este tipo de manifestaciones se les llama remolinos, y pueden alcanzar una velocidad de hasta 21 kil�metros por hora.
Otro tipo de manifestaciones violentas son las trombas marinas, que se producen cuando de una nube desciende cierta cantidad de aire fr�o y pesado hasta tocar la superficie del mar, desalojando hacia arriba el aire que est� sobre esta superficie, que se ve obligado a ascender por ser m�s liviano, y que forma una espiral debido a la rotaci�n de la tierra, arrastrando consigo agua.
Cuando se presenta una invasi�n de aire fr�o procedente de las alturas, desalojando aire caliente de las capas inferiores de la atm�sfera, se producen los llamados tornados en los cuales la masa de aire fr�o desciende con un movimiento en espiral y con intensidad hasta de 350 kil�metros por hora, causando grandes da�os por esta velocidad. Los tornados se presentan principalmente en Norteam�rica, y en Estados Unidos han llegado a ocurrir unos 200 por a�o.
La velocidad del viento provoca que la evaporaci�n en la superficie oce�nica
se intensifique r�pidamente y esto hace que se eleve la energ�a en la atm�sfera;
esta energ�a aumentada genera las tormentas; a medida que avanzan las tormentas
aumenta la evaporaci�n, lo que proporciona m�s energ�a para gestar m�s tormentas.
Este proceso de regeneraci�n de energ�a es uno de los factores de la formaci�n de las catastr�ficas tormentas tropicales llamadas huracanes, en el Oc�ano Atl�ntico, y tifones, en el Oc�ano Pac�fico. Estas tormentas siguen aumentando su fuerza mientras est�n en el oc�ano templado, y s�lo comienzan a amainar cuando, siguiendo su camino, pasan sobre la tierra o sobre zonas donde el oc�ano es m�s fr�o y la evaporaci�n se reduce por la menor temperatura superficial. Tambi�n se acostumbra llamar ciclones a este tipo de manifestaciones violentas del viento.
Un cicl�n est� formado por una �rea central llamada ojo o v�rtice y por sus m�rgenes, que generalmente se encuentran a unas 12 millas; puede alcanzar una velocidad de 120 kil�metros por hora, aunque a veces llega hasta los 200 kil�metros por hora, por lo que se entiende que cause grandes destrozos a su paso.
Toda esta relaci�n del viento con los oc�anos y la complejidad de los fen�menos que produce, muestra la importancia de conocer su intensidad, por lo que los hombres de mar han propuesto una serie de nomenclaturas para tratar de descubrirla. Una de ellas es la propuesta por el almirante ingl�s Francis Beaufort (1774-1857), la cual se conoce como Escala Mar�tima de Vientos, en donde los coloca, seg�n su intensidad, como sigue:
|
|
||
|
Grados Beaufort
|
Nombre
|
Velocidad
|
|
|
||
|
0
|
Calma
|
0.0 — 1.0 kmn / hora
|
|
1
|
Ventolina
|
1.0 — 6.0 kmn / hora
|
|
2
|
Flojo
|
12.0 — 20.0 kmn / hora
|
|
3
|
Bonancible
|
20.0 — 30.0 kmn / hora
|
|
4
|
Fresco
|
40.0 — 50.0 kmn / hora
|
|
5
|
Duro
|
65.0 — 75.0 kmn / hora
|
|
6
|
Temporal
|
90.0 — 100.0 kmn / hora
|
|
7
|
Borrasca
|
100.0 — 120.0 kmn / hora
|
|
8
|
Huracanes
|
más de 120.0 km / hora
|
|
|
||
En s�ntesis, las formas de transferencia de energ�a de los oc�anos a la atm�sfera son, seg�n su importancia: la radiaci�n del Sol, la evaporaci�n, el intercambio de energ�a t�rmica por calentamiento o enfriamiento del aire y el intercambio de energ�a mec�nica provocado por las presiones y los vientos de la atm�sfera. Sobre estos fen�menos los ocean�grafos f�sicos y los meteor�logos est�n iniciando su estudio; sin embargo, como la tecnolog�a avanza cada d�a, se est�n realizando avances significativos para entender cada vez mejor la relaci�n entre la atm�sfera y el oc�ano.
El objetivo final de estos estudios es poder llegar a considerar a la atm�sfera y a los oc�anos como una sola entidad; alg�n d�a, en el futuro, poder pronosticar simult�neamente el hurac�n y la tempestad que �ste desencadena; de manera similar, lograr pronosticar la intensidad de las olas que se generan en la superficie del oc�ano, y que son tan grave peligro para la navegaci�n y la conservaci�n de las vidas humanas y de la econom�a del hombre.
