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Tema 9 Las olas: características; olas superficiales y profundas; olas generadas por el viento; propagación y trenes de olas.

Olas progresivas y componentes de las olas oceánicas simples Existen olas longitudinales, transversales y orbitales. La energía viaja en angulo recto solo a través de sólidos. Olas de orbitales → trasmite la energía a lo largo de la interfase entre dos fluidos de distinta densidad.

En la ola mas superficial la longitud del diámetro de la orbita es igual a la altura del agua. Movimiento de las moléculas de agua Se produce un pequeño movimiento de las partículas debido a que la velocidad de las partículas disminuye con la profundidad.

Olas de aguas profundas y de aguas someras Las olas de agua profunda se encuentran en una profundidad superior a su longitud de onda. Producen un movimiento más o menos regular en la superficie del océano, denominado oleaje, en el cual la altura de la ola es relativamente débil en relación con el largo de la onda. El oleaje se propaga en el océano por lo general muy lejos del lugar donde se origina. Las olas de agua somera su profundidad es inferior a ½ de la longitud de onda. Velocidades de las olas de aguas profundas, transicionales y someras En las olas profundas es la longitud de onda la que va a determinar la velocidad del agua. En las aguas someras para determinar la velocidad nos tendremos que fijar en la profundidad. En las olas intermedias va a intervenir tanto la longitud de onda como la profundidad. Energía de las olas oceánicas y periodo Gravedad

Terremotos/

viento

viento

viento

Gravedad

Gravedad

Tensión

deslizamientos submarinos Gravedad

Gravedad

superficial marea

tsunami

Seiche

Ola de viento

Ola capilar (ripple)

Las olas mas frecuentes son las de viento. Formación de olas de capilaridad y de gravedad Cuando el viento sopla sobre la superficie del océano se genera un esfuerzo que la deforma formando pequeñas olas de longitud de onda corta, inferiores a 1,73 cm. También se les llama olas capilares ya que la principal fuerza que devuelve al océano a ser una superficie plana es la capilaridad.

Las crestas son redondeadas y surcos en forma de V. Las olas crecen hasta que la relación entre la altura y la longitud de onda alcanza la proporción de 1/7. Los cambios de dirección y velocidad de los vientos hacen que se formen los trenes de olas. Área de mar local y mar de fondo Los factores más importantes en aumentar la cantidad de energía que las olas obtienen a través del viento son 1) La velocidad del viento (va a transferir energía al agua) 2) Duración del tiempo del viento en una sola dirección 3) El fetch que es la distancia que el viento sopla en una dirección. La altura de la ola va a estar relacionada con la energía. Cuando la pendiente alcanza un valor critico las olas van a romper, ese valor critico es la relación entre la altura y la longitud de onda de 1/7. Las olas van a salir del área o fetch y la velocidad del viento va a disminuir entonces las olas a partir de ahí su pendiente va a disminuir y se formaran olas de crestas largas, se mueven grandes distancias sobre la superficie del océano y la mayor parte de esta energía será liberada cuando lleguen a los márgenes continentales. En el Fetch se generan diferentes tipos de olas, de distinta longitud de onda ¿Qué olas abandonan esta área primero? Las que tienen longitud de onda más larga y van a ser seguidas por aquellas de menor longitud de onda ¿Por qué? estamos en el océano abierto y allí las olas van a ser olas de aguas profundas, la velocidad de las olas de aguas profundas está controlada por su longitud de onda, a mayor longitud de onda mayor velocidad. Alturas de las olas medidas por el SEASAT Las olas más altas se darán en el hemisferio sur donde el viento sopla con mayor velocidad al no haber continentes y el fetch máximo es mayor. La ola más alta jamás medida es con una altura de 34m.

Interferencia de olas Las olas van a chocar unas con otras dando a los patrones de interferencia de las olas. Constructiva → cuando mares de fondo con misma longitud de onda se juntan en fase (cresta coincide con cresta y surco con surco) el resultado es que la longitud de onda es la misma y la altura es la suma de las dos alturas. Destructiva → Si las olas tienen la misma longitud de ondas el mar se queda plano. Mixta → diferentes longitudes de onda y altura,

Olas gigantes Se forman por interferencia constructiva, cuando la dirección del viento va en dirección contraria a las corrientes. Aproximación a la costa y ruptura de las olas Cuando se aproximan a la costa y la profundidad disminuye, las olas pasan a ser transicionales y después de aguas someras. Las orbitas se transforman en elipses muy aplanadas. La ruptura comienza cuando la profundidad es inferior a ½ de la longitud de onda. La ola toca fondos, la fricción la frena, se acorta la longitud de onda y aumenta la altura. Cuando la relacion H/P es 3/4, la ola rompe en la zona de rompiente (surf zone). Causas y tipos de rompientes Rompiente de salto → Las partículas están apoyadas sobre el aire, se forma en playas con pendiente alta. Rompiente de derrame → se forman en pendientes más suaves. Refracción de las olas cuando se aproximan a la costa Casi todas las olas se acercan con cierto ángulo con respecto a la línea de costa, esto hace que algunas partes de la ola toquen el fondo antes que otras,disminuyen su velocidad antes y hacen que se doble la ola.

Entrantes y salientes, y efectos de las olas Por refracción en los relieves submarinos, la energía de las olas se concentra en los salientes y se dispersa en los entrantes. Los cabos son mas atacados por las olas, mientras que en los entrantes se depositan sedimentos. Olas estacionarias por reflexión Cuando las olas llegan paralelas a un muro vertical e interfieren con las olas reflejadas. Nodos → Puntos donde no hay movimiento vertical del agua Antinodos → Puntos donde se da el máximo movimiento vertical del agua The wedge (la cuña) → Producida también por la interferencia con las olas reflejadas, pero que no llegan paralelas al muro. La interferencia constructiva forma olas que pueden sobrepasar los 8 metros de altura. Tormentas ciclónicas Se producen cuando hay presiones bajas, cuando estas se desarrollan en el océano esta baja presión presiona la superficie oceánica y hace que se produzca una elevación de la colina de agua. En el hemisferio norte el giro de estas tormentas es antihorario Huracán, tormenta y depresión tropicales Lo que tienen en común es que se generan por bajas presiones La diferencia está en la velocidad de los vientos: La depresión tropical la velocidad es inferior a 62 km/h. Una tormenta tropical su velocidad va de los 63 a los 118 km/h. Un huracán su velocidad son superiores a 118 km/h. Secas (Seiches) Tipo de ola estacionaria tienen nodos y antinodos. Soplan vientos en una sola direccion y la longitud de onda es dos veces la del lago.

Tsunami Son olas extraordinarias que se originan por terremotos generalmente por movimiento de una falla, aunque puede haber deslizamientos submarinos. Desplazamiento en la corteza de la tierra. La longitud de onda es superior a 200 km se comportará como una ola somera. Las velocidades de las ondas someras están controladas por la profundidad. Se mueven a grandes velocidades 700km/h. Cuando se generan la altura en el océano abierto es escasamente medio metro por lo tanto un tsunami no se observa hasta que no alcanza la costa. En función de cómo ha liberado la energía el terremoto puede constar de una ola o más olas. Olas internas Se forman en la interfase de dos masas de agua de densidad muy diferente. Igual que en las olas superficiales, se pueden producir interferencias entre olas internas. A su paso, provocan cambios en la superficie y por eso es posible veras desde el aire

Las mareas: origen; medición y predicción; corrientes mareales; energía mareal Cuerpos implicados en la formación de mareas Cuanto mayor sea la masa y más cerca estén los objetos, mayor será la fuerza gravitacional. El sol y la luna y su atracción gravitatoria hacia la tierra son los cuerpos implicados en las mareas. La variable más importante es la distancia, el sol tiene menos influencia que la luna, esto se debe a que la luna esta mucho más cerca del sol. Dado que la masa del Sol es 27 millones de veces la de la Luna, la gran distancia a la cual se encuentra la Tierra hace que la fuerza gravitatoria del sol sea sólo un 46% la de la Luna.

Movimiento del sistema Tierra-Luna Se asemeja mucho al giro de una llave inglesa, que tiene un peso mayor en uno de sus extremos. El centro de masas del sistema tierra-luna esta dentro de la Tierra.

Luna y Tierra giran alrededor del centro de masas del sistema, una vez cada mes lunar. EL baricentro se encuentra dentro de la Tierra a 1700 km de la superficie. Vectores de la fuerza de inercia Son todos iguales y paralelos Vectores de la fuerza de gravedad lunar Son diferentes entre ellos (depende de la distancia) y convergen hacia al centro de la Luna. Los vectores resultantes corresponden a las fuerzas atractivas, las cuales da lugar a dos protuberancias de agua opuestas. Combinación de la inercia y la fuerza de gravedad lunar Los vectores resultantes corresponden a las fuerzas tractivas, las cuales dan lugar a dos protuberancias de agua opuestas. Una hacia la Luna y otra al lado opuesto de la Luna. En la cara que da a la Luna, predomina la atracción gravitatoria. En la opuesta, predomina la fuerza de inercia. Efectos de traslación de la Luna Día lunar: 24h 50 min (hay un desfase de 50 min) Mes lunar 29,53 días

Posiciones relativas de los tres cuerpos Si el Sol, la Luna y la Tierra están alineados, los efectos de Sol y la Luna se suman dando lugar a mareas vivas. Si están formando un ángulo recto, al efecto de la Luna se le resta el del Sol dando lugar a mareas muertas. El sol y la posición de los abombamientos El eje de la Tierra forma un ángulo de 23,5 º respecto del plano de la eclíptica. La influencia cambia a lo largo del año, es máxima en los solsticios y nula en los equinoccios. Si no existiera esta inclinación lo que pasaría seria que no existirían las estaciones. Efecto de las distancias (orbitas elípticas) La distancia no es la misma a lo largo de todo el año. En el perihelio (invierno) la Luna está mas cerca de la Tierra que en el apogeo, va a tener mas influencia mareal cuando esté cerca. Distancia al perigeo: 375.200 Km Distancia al apogeo: 405.800 Km.

Con el sol, el perihelio está más cerca de la tierra que el afelio. Distancia al perihelio: 148,5 millones de Km. Distancia al afelio: 152,2 millones de Km.

El efecto producido por el acercamiento-alejamiento de la Luna es mayor que el del Sol. Este último, igual que en el caso de las mareas vivas-muertas, se suma o resta al de la Luna.

La luna y el ecuador de la Tierra Variaciones en el plano de traslación de la Luna alrededor de la Tierra, respecto del plano ecuatorial de esta. Puede llegar a ser de 28,5 º a cada lado del ecuador. Esto afecta a la posición de los abombamientos y a la amplitud de las mareas. Características de las mareas en una tierra ideal En cualquier posición: dos mareas altas y dos bajas por día lunar Ninguna de las dos mareas altas o bajas tiene la misma altura. Los rangos de los ciclos mareales mensuales y anuales estan relacionados con los cambios de distancia de la Tierra respecto al Sol y la Luna. Cada dos semanas (medio mes lunar) tendremos mareas vivas separadas por mareas muertas. Marea mas alta y más baja Las pleamares y bajamares más acusadas necesitan: •

Posición de marea viva

•

Luna en perigeo

•

Tierra en perihelio

•

La misma declinación de la Luna y el Sol

Rango mareal teórico y real Teórico → Marea lunar máxima: 55cm Marea solar máxima:24 cm Datos reales → Promedio de todas las mareas oceánicas: 2m Máximo rango mareal: 17m

Teoría dinámica de las mareas Los abombamientos teóricos se deben a olas de aguas someras La velocidad depende de la profundidad: C: velocidad

g: aceleración de la gravedad

d: profundidad

Circunferencia de la Tierra: 40.000 Km Velocidad teórica, para seguir el movimiento relativo de Luna y Sol= velocidad de rotación de la Tierra: 1600 Km/h Profundidad necesaria para llegar a esta velocidad: 22000 m Profundidad promedio del océano:3800-3900 m Velocidad máxima en estas condiciones: 700 Km/h Conclusión: No existen los dos “abombamientos” como tales, sino que se dividen en células mas pequeñas. Centro de cada célula: punto anfidrómico. En este punto no hay rango mareal. Otras condicionantes: Interposición de los continentes, cambios de profundidad (costas), forma y anchura de las cuencas oceánicas, efecto Coriolis Efecto conjunto: difícil prevenir, pero da lugar a tres modelos de patrones mareales: Mareas semidiarias, mareas diarias y mareas mixtas.

Cotidales: Unen puntos en los cuales la marea alta es simultánea. El rango mareal aumenta desde el punto anfidrómico hacia los extremos de las líneas cotidales. En el mapa cotidal de los océanos los números indican cuantas horas después del paso de la Luna por el Meridiano de Greenwich.

Líneas cotidales del atlántico Detalle con las direcciones de movimiento de las crestas mareales. Hay un sistema anfidrómico desarrollado en el Atlántico Norte, y una entrada de marea similar a una ola normal en el Atlántico Sur. Modelo de patrones mareales Marea semidiaria → tienen dos máximos y dos mínimos por día lunar. Las alturas de dos pleamares sucesivas son un poco diferentes El periodo será 12h y 25 minutos. Marea diaria → Entre cresta y cresta (periodo) es 24h 50min Marea mixta → Dos pleamares sucesivas, con alturas muy diferentes. Tienen características de las dos, dos altamares dos pleamares y dos bajamares, se repite el patrón de un día a otro. Mareas en cuencas confinadas -Amplias: tienen límites, no son abiertas -Estrechas: Al estar limitadas no hay espacio suficiente para que se genere una onda. Entra la ola de marea rebotará en el fondo y en las paredes de la cuenca, se puede generar una reflexión y formarse ondas estacionarias. En ocasiones se producen interferencias constructivas que aumentan significativamente el rango mareal. Corrientes de marea en un estuario -Amplio: En el final del estuario se generan corrientes de reflujo -Largo y estrecho: Velocidades máxima en Km/h en mareas vivas Bahía larga y estrecha: comportamiento de ola progresiva Entrada del agua muerta de la pleamar. El agua muerta de la bajamar previa no ha llegado al final de la bahía. Rango mareal en la bahía de fundy Se trata de la zona del mundo donde se ha registrado la máxima diferencia entre pleamar y bajamar: 17 m.

Corrientes de marea en la costa Distribución real en aguas abiertas, pero cerca de la costa. Cada flecha representa el vector velocidad de la corriente mareal horas antes (-) o después (+) de una marea. Medidas y registro de las mareas Aparato clásico, registro gráfico se hace en un papel que envuelve un cilindro, para minimizar el efecto de las olas, el flotador se pone dentro de un cilindro al que llega el agua por un conducto estrecho. Aparato moderno: un emisor-receptor de pulsos sonoros, mide la altura del nivel del mar, después envía digitalmente los datos por satélite a una estación receptora, donde son procesados y almacenado. Presión atmosférica y mareas Con presiones bajas la oscilación de la marea tiene lugar a un nivel mas alto que cuando la presión es alta. Se puede corregir este efecto con los datos de un barógrafo. Molino con energía maremotriz La marea alta ha llenado la presa y la compuerta se cierra, baja la marea por debajo del eje, se abre la compuerta y el agua comienza a girar la rueda, en marea baja, la rueda trabaja a pleno rendimiento. Planta eléctrica mareomotriz de la Rance Las turbinas funcionan tanto en una dirección como en la otra, y así aprovechan el flujo y el reflujo de las mareas. Corrientes oceánicas Son grandes masas de agua en movimiento, son importantes porque producen el esquema climático general....