Corrientes superficiales

El gran explorador noruego Nansen dejó de manera intencionada que su barco, el Fram, quedara atrapado en el hielo marino del Ártico en 1893. Nansen pensó que quedando atrapado en el hielo marino, que se mueve con las corrientes del océano, acabaría llegando al Polo Norte. Durante tres años, Nansen y su nave estuvieron a la deriva por el Ártico. No llegó al Polo, pero dispuso de bastante tiempo libre para realizar observaciones del medio ambiente. Una de sus observaciones fue que el hielo no se movía en la misma dirección del viento, sino que se movía a la derecha de la dirección del viento, lo cual en aquel momento no tenía una explicación evidente.

Cuando el viento sopla sobre el océano, mueve al agua oceánica como resultado de la fricción con la superficie. Debido a que la Tierra gira, la superficie se mueve hacia la derecha de la dirección del viento en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur, debido al efecto Coriolis. La velocidad y dirección de los movimientos del agua cambian con la profundidad. El agua en la superficie del océano se mueve en un ángulo de 45º con la dirección del viento, el agua debajo del agua de la superficie lo hace con un ángulo aún mayor, y el agua de las profundidades gira todavía más. La velocidad decrece con la profundidad, puesto que la energía transmitida por el viento al agua de va disipando. Esto crea una espiral de agua móvil, llamada espiral de Ekman, que alcanza de 100 a 150 metros de profundidad. A partir de esta profundidad, que define la llamada capa de Ekman, el efecto del viento sobre la circulación oceánica es despreciable. La dirección promedio de toda esta agua en movimiento es aproximadamente en ángulo recto con la dirección del viento. Este promedio es el transporte Ekman.

La espiral de Ekman y el Transporte Ekman llevan este nombre en honor al científico sueco V. Walfrid Ekman. En 1905, Walfrid Ekman fue el primero en describir teóricamente la espiral. Para hacer un modelo matemático de estos movimientos, Ekman usó las observaciones que Fridtjof Nansen hizo mientras estaba atrapado en el hielo del Ártico. Este resultado, uno de los más importantes en oceanografía física, fue presentado en su tesis doctoral. El transporte Ekman es importantísimo, ya que está directamente relacionado con el fenómeno de las surgencias (upwelling) de aguas profundas a la superficie, que provee de nutrientes la superficie del mar y permite la existencia de zonas de alta productividad biológica.

Movimiento del aire

El calor procedente del sol es el motor de mueve las masas de aire en la atmósfera, y en gran medida las de agua en el océano. En las zonas ecuatoriales, donde la ganancia de calor es máxima, el aire tiene un movimiento ascendente, originando así una celda de circulación. Dicho aire asciende (dejando una zona de baja presión) ya que su densidad es menor que la del aire justo encima, y ello es debido tanto al efecto de la alta temperatura como de la humedad. La temperatura disminuye la densidad ya que dilata el aire. No hay misterio en esto. Pero, ¿y el vapor? Añadir vapor de agua al aire (haciendo este húmedo) también reduce la densidad del aire, lo cual a primera vista puede parecer contrario a la lógica. Pero no lo es. Veamos:

Ello ocurre porque la masa molecular del agua (18 g/mol, 2 del hidrógeno y 16 del oxígeno) es menor que la masa molecular del aire seco, en torno a los 29 g/mol (casi todo por el nitrógeno). En cualquier gas, a temperatura y presión constantes, el número de moléculas presentes es constante para un volumen dado (es la ley de Avogadro). Así que cuando se añaden moléculas de agua (vapor) a un volumen de aire dado, el número de moléculas de aire seco debe disminuir, para mantener la presión y la temperatura del gas invariable. Así, la masa por unidad de volumen (la densidad) decrece.

En la parte superior del ecuador el aire húmedo forma nubes, por lo que es una zona de alta precipitación. Pero las nubes no son solo vapor de agua (¡serían transparentes!) sino que están formadas por pequeñas gotitas de agua, que pesan casi mil veces más que el aire seco. Entonces, ¿porqué no las vemos caer? De hecho, sí caen, pero descienden con gran lentitud, puesto que el aire les opone una resistencia considerable durante la caída; basta un flujo de aire ascendente para que una nube deje de caer y ascienda.

Agua de mar

El agua es uno de los líquidos más comunes, y a la vez más exóticos, ya que presenta propiedades muy distintas de las de otros fluidos similares. Por ejemplo, su alta capacidad calorífica hace que pueda almacenar mucho calor sin grandes cambios de temperatura (de ahí las temperaturas suaves en la costa, y de manera más general el efecto moderador del océano sobre el clima). Además, se presenta en estado líquido a temperaturas "cotidianas", lo que es esencial para la vida. El agua es también un solvente universal. Más rarezas: su estado sólido (hielo) tiene menos densidad que el líquido (por eso el hielo flota). Su densidad depende esencialmente de la temperatura y la salinidad, lo que explica, como veremos, la existencia de movimientos de agua conocidos como circulación oceánica profunda. En casos extremos, como el mar muerto, la altísima salinidad (y por tanto densidad) aumenta la flotabilidad, como se aprecia en la foto. Otro aspecto esencial del agua en el mar es su estratificación: existe una zona, situada entre unos 300 y 1000 m, en las que las propiedades (densidad, temperatura, salinidad) cambian bruscamente, separando la zona expuesta al exterior (o capa de mezcla) del océano profundo.