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TEMA 6.4.

La densidad del agua del mar.

1. Densidad del agua marina.  Masas de agua: Cada masa de agua se puede caracterizar por una combinación de temperatura y salinidad. El viento creará diferencias de temperatura en estas masas de agua, lo que hará que sean dinámicas. Corrientes oceánicas y variaciones de temperatura superficial: Hay otro sistema de circulación controlada por las características de Temperatura y Salinidad, lo que origina una circulación de tipo vertical denominada Circulación Termohalina. Relaciones entre densidad y temperatura del agua: En el mar existen grandes masas de agua profundas, por lo que a los factores de Densidad y Temperatura hay que añadir la Presión hidrostática. La P del agua en un punto de la columna de agua estará relacionada con la profundidad, la gravedad y la densidad. P = Profundidad · Gravedad · Densidad El agua del mar se comprime muy poco, por lo que los valores de densidad varían muy poco, al igual que la Gravedad, por lo que la presión hidrostática depende principalmente de la profundidad. Al aumentar la profundidad se produce una cierta compresión del fluido que se traduce en un aumento de la temperatura  Calentamiento Adiabático. Cuando el agua llega a los 4ºC, En la atmósfera la Tª disminuye 10ºC cada 10km. empieza a hundirse. En el mar la variación de la Tª en profundidad varía cada 0,2ºC cada km. Esto puede suponer un problema para conocer la Temperatura “original” de las masas de agua para poder conocer su procedencia y distribución. Para conocer la Temperatura original se puede calcular la ganancia de Ta dependiendo de la profundidad. Para ello, se corrigen los valores en función de esta profundidad, de forma que las medidas tomadas son como si estuviéramos haciéndolas en superficie. Estas correcciones permiten conocer las características del agua a grandes profundidades y conocer la procedencia de las diferentes masas de agua. Del mismo modo la densidad cambia en relación a combinaciones diferentes de temperatura y salinidad del fondo oceánico, por lo que aplicando la correcciones anteriormente comentadas podemos desarrollar diagramas T-S e identificar los cambios de la densidad del agua marina en relación sus características de Ta y Salinidad.

Variaciones de la densidad del agua oceánica con la latitud y la profundidad

Irene Lizarán / Unybook: ilizaran

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 Diagramas T-S: Identificación de masas de agua por diagramas de T-S: Identificación de las diferentes masas de agua atlántica en profundidad, mediante combinaciones diferentes de temperatura y salinidad, en un muestreo en profundidad a 9º de latitud sur. Los números son centenares de metros (p.ej: 1’5 = 150m). Cada cambio en el diagrama es que tenemos cambios de masas de agua diferentes.

 Procesos de mezcla: Estos datos indican que el agua del mar está estratificada formando masas de aguas con diferentes características físicas. Movimiento laminar del agua  Proceso de mezcla por difusión molecular (conducción). Movimiento turbulento del agua  Mezcla por turbulencias.

Formación de dedos de sal  Cuando una capa superior gana densidad respecto de la inferior. Se produce un cambio de posición y cierta mezcla mediante pequeños “dedos” de aguas de diferente densidad.

Formación de olas internas y mezcla: Capas de diferente densidad circulan en direcciones opuestas (1), o bien con la misma dirección pero diferente velocidad. Se desarrolla una ondulación (2 y 3) que evoluciona a una ola (4 y 5) que acaba en un remolino o vórtice (6). Finalmente el conjunto se transforma (7 y 8) en una capa de características intermedias a las dos capas originales.

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Formación de frentes de aguas oceánicas cuando entra una corriente de marea hacia la costa: En la izquierda, de arriba abajo: la capa de mezcla (caliente), la termoclina y la corriente de marea que forma una capa de fondo mezclada y fría. A la derecha, las aguas costeras de temperatura intermedia. Se ven los frentes entre las capas mezcladas superficial y profunda, y la masa de agua costera.

Acumulación de espuma y detalles de un frente: Se produce un movimiento superficial de las dos masas en el límite del frente, y acumulación superficial de materiales que no pueden hundirse. Estos marcan en superficie el límite del frente.

Frentes marcados por la espuma y detalles en superficie: Aguas costeras más dulces forman un frente con aguas de océano abierto, se ve la espuma que se acumula en los límites. En la posición de un frente se pueden observar acumulaciones de espuma y materiales.

Regímenes de flujo estable: Cambios de presión y temperatura van a condicionar la densidad del agua, por lo que los límites de agua no son homogéneos. Pueden producir interdigitaciones o dedos de sal. Zonas de transición entre los límites de las masas de agua. En ocasiones se mueven en direcciones opuestas, cambio en el comportamiento físico, si se mueven en direcciones opuestas o si se mueven en la misma dirección pero a diferente velocidad, producirá fenómenos turbulentos.

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2. Transmisión del sonido en el agua oceánica. En el aire el sonido se transmite a 343ms  En el océano a 1500ms  A mayor densidad, mejor transmisión.

(a) Propagación del sonido como un intervalo de compresión/rarefacción. (b) Interpretación ondulatoria del sonido, como ondas de presión acústica.

La energía se reparte por una superficie esférica cada vez mayor. La superficie de la esfera es 4π𝑟 2  Por tanto, la pérdida por extensión es proporcional al cuadrado del radio de la esfera, es decir, al cuadrado de la distancia desde la fuente del sonido. Atenuación del sonido: - Por transformación en calor. - Por dispersión (turbidez). - Por absorción de la energía en la disociación de sustancias quími A frecuencias bajas e intermedias, los principales responsables de esta at del B(OH)3. A las frecuencias más bajas, los responsables son las inhomogeneidades en la columna de agua.

 Velocidad del sonido en agua oceánica: La velocidad del sonido depende de muchos factores  Temperatura, salinidad, presión, densidad… En este sentido, la velocidad aumenta con la salinidad a razón de 1,1m por cada 1%o de salinidad, y con la P por cada 10atm aumenta 1,8m. Con la temperatura es al revés, cuando aumenta la Tª disminuye la velocidad de propagación.

(a) Temperaturas del agua en latitudes medias. (b) Velocidad del sonido correspondiente en cada profundidad. En I y III el control se debe a la salinidad y a la presión respectivamente. En II se debe a la temperatura (termoclina).

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 Fenómenos de refracción y reflexión del sonido: Estas tres regiones bien diferenciadas, sus límites, afectaran al modo de transmitirse el sonido entre las diferentes capas del océano. Refracción del sonido cuando cambia de capa (aire, agua) o cuando presentan diferentes características (densidad, temperatura, circulan a diferentes profundidades…).

 Canal de baja velocidad del sonido: Canal SOFAR  Canal de sonido profundo. Debido a las leyes de refracción, las ondas sonoras se podían retener eficazmente en un canal estrecho que se extendía por una región de velocidad mínima donde se encontraban el final de la termoclina con el principio de la capa isotérmica profunda. Una onda sonora que se desplaza de forma oblicua a través de la termoclina se curva hacia abajo a medida que la velocidad del sonido disminuye y, a continuación, se curva hacia arriba cuando el aumento de presión provoca una mayor velocidad del sonido para, posteriormente, volvera curvarse hacia abajo en dirección a la región de velocidad mínima a medida que una mayor temperatura provoca que la velocidad del sonido aumente.

Normalmente la capa de mínima velocidad (SOFAR) sigue la termoclina. En las zonas polares, como no hay termoclina, la SOFAR se instala cercana a la superficie.

En la SOFAR la propagación del sonido no es esférica, sino que sigue una forma de disco. La atenuación es proporcional al radio del círculo, es decir, aproximadamente la distancia desde la fuente del sonido.

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 Refracción del sonido y zona de sombra:

Se sitúa en la capa de alta velocidad, alrededor de los 80m de profundidad, justo encima del límite superior de la picnoclina (en este caso, normalmente es una termoclina). El sonido se refracta hacia fuera de la capa y no puede entrar.

 Utilización del sonido para prospección submarina: El sonido, que procede de una explosión controlada, se refleja y refracta por la diferente consistencia de las capas internas, preferentemente sus interfaces (contactos por falla, estratificación, discordancias…). Cuanto más pequeña sea la frecuencia del sonido, tendremos menor resolución, pero más poder de penetración.

 Utilización del sonido para cartografía del fondo oceánico: El barco arrastra el GLORIA, que contiene un emisor multifásico de sonido muy canalizado, y un conjunto de receptores direccionales. En este caso se utiliza sonido de alta frecuencia que sólo proporciona información de superficie (poco poder de penetración), pero con una resolución muy alta.

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