6El océano en capas

Un día de verano te alejas a nado de una playa, en un agua agradablemente templada. Dejas colgar las piernas — y tus pies encuentran un agua de pronto fría, un par de metros por debajo de la superficie. El mar no está mezclado de arriba abajo: está hecho de capas, cálidas y ligeras arriba, frías y densas abajo. En mar abierto, esa misma estratificación alcanza kilómetros de profundidad, y decide dónde el mar es un desierto y dónde rebosa de vida. Este capítulo mira el océano en profundidad: cómo se mide, cómo cambian hacia abajo su temperatura y su salinidad, por qué las capas son estables y dónde el agua fría profunda vuelve a subir a la superficie.

Lo que ya sabes

El agua de mar contiene sales disueltas: su salinidad, de unos 35 gramos de sal por kilogramo de agua de mar en promedio, varía de un mar a otro. Los vientos mueven las corrientes superficiales y los grandes giros oceánicos; las corrientes profundas de agua fría y salada avanzan lentamente a lo largo del fondo oceánico (Libro 1, año 8). La densidad es la masa dividida entre el volumen (los libros de física). El fitoplancton, formado por algas microscópicas, necesita luz y nutrientes minerales para crecer mediante la fotosíntesis, y alimenta al resto de las cadenas alimentarias del océano (los libros de biología).

6.1 Medir el océano

El océano cubre unos $362$ millones de $\mathrm{km}^{2}$ y tiene una profundidad media de $3682\,\mathrm{m}$: unos $1.33$ mil millones de $\mathrm{km}^{3}$ de agua. Casi todo queda muy lejos del alcance de la luz, y solo puede medirse enviando instrumentos hacia abajo.

Desde un barco, los oceanógrafos bajan con un cable un armazón con sensores que miden la conductividad del agua (a partir de la cual se calcula su salinidad), su temperatura y la presión (y, por tanto, la profundidad), rodeado de un anillo de botellas que se cierran a profundidades elegidas para subir a bordo muestras de agua. Desde el año 2000, una flota de boyas robóticas ha añadido millones de perfiles: cada boya deriva con las corrientes a $1000\,\mathrm{m}$ de profundidad, se hunde más o menos cada diez días hasta $2000\,\mathrm{m}$, sube luego a la superficie midiendo la temperatura y la salinidad por el camino, y envía su perfil por satélite.

Datos de 2026

La red internacional Argo cuenta con cerca de 4000 boyas activas; su perfil número tres millones se obtuvo en julio de 2024.

Promediados sobre décadas de medidas, estos perfiles dan una imagen del océano en profundidad. Los perfiles de este capítulo son promedios de este tipo, tomados del World Ocean Atlas 2023 de los National Centers for Environmental Information de la NOAA.

6.2 La temperatura en profundidad

La luz solar calienta el océano desde arriba, en su capa superficial. El viento y el oleaje remueven esta agua cálida hasta formar una capa de temperatura casi uniforme. Por debajo, la temperatura baja deprisa a lo largo de unos cientos de metros; más abajo todavía, baja lentamente hasta el agua fría que llena las cuencas oceánicas.

Definición 6.1 (Capa de mezcla)

La capa de mezcla es la capa superficial del océano, removida por el viento y el oleaje, en la que la temperatura y la salinidad apenas cambian con la profundidad.

Definición 6.2 (Termoclina; haloclina; picnoclina; océano profundo)

La termoclina es la capa situada bajo la capa de mezcla en la que la temperatura baja deprisa con la profundidad. La capa en la que la salinidad cambia deprisa con la profundidad es una haloclina; la capa en la que la densidad aumenta deprisa con la profundidad es la picnoclina. Por debajo de ellas se extiende el océano profundo, frío y de cambios lentos.

En el Pacífico tropical, la capa de mezcla está a $29.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ y tiene unos $60\,\mathrm{m}$ de espesor; entre $70\,\mathrm{m}$ y $300\,\mathrm{m}$ la temperatura baja casi diecinueve grados, y a $1000\,\mathrm{m}$ ya solo es de $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. En el Atlántico Norte la superficie es más fresca y la bajada más gradual. En el océano Ártico, toda la columna se mantiene a menos de dos grados de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: no hay capa superficial cálida digna de ese nombre.

Método 6.3 (Leer un perfil oceánico)

1. Identifica los ejes: la profundidad aumenta hacia abajo, y la magnitud medida se lee a lo largo del borde superior.
2. La capa de mezcla es la parte superior, donde la curva es casi vertical; su profundidad está donde la curva empieza a apartarse de la vertical (una regla habitual: donde la temperatura ha bajado $0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ respecto a su valor en superficie).
3. La termoclina está donde la curva se acerca más a la horizontal: el mayor cambio para la menor profundidad.
4. Por debajo, lee los valores profundos y compara los lugares a una misma profundidad.

La capa de mezcla cambia con las estaciones. En invierno la superficie pierde calor, las tempestades agitan el mar y la capa de mezcla se hace más profunda; en verano el sol calienta una capa superficial delgada que los vientos, más suaves, no consiguen mezclar hacia abajo, y se forma cerca de la superficie una termoclina estacional — el agua fría que encuentran los pies del bañista.

6.3 Salinidad y densidad

La densidad del agua de mar depende de su temperatura y de su salinidad. Se calcula con una fórmula acordada internacionalmente, la ecuación de estado del agua de mar, ajustada a medidas de laboratorio.

Proposición 6.4 (Densidad del agua de mar)

La densidad del agua de mar aumenta con su salinidad y disminuye cuando sube su temperatura. A la presión de la superficie, el agua de mar de salinidad 35 tiene una densidad de $1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ y de $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$; el agua pura a $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ tiene una densidad de $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

En la gráfica se ven dos cosas. Una unidad de salinidad añade unos $0.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Un grado de calentamiento quita unos $0.31\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$, $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, pero solo $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ cerca de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: en los mares cálidos la temperatura controla la densidad; en los mares fríos, la salinidad.

Observación 6.5

Las densidades de este capítulo se calculan a la presión de la superficie. La presión del agua que hay encima comprime un poco el agua de mar, unos $4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ por kilómetro de profundidad; los oceanógrafos comparan las masas de agua a una misma presión, para que solo cuenten la temperatura y la salinidad.

En el Pacífico tropical, la picnoclina coincide con la termoclina. En el océano Ártico la temperatura apenas cambia, pero la salinidad sube de 28 en la superficie, rebajada por los ríos y por el hielo que se funde, a 34.8 a $500\,\mathrm{m}$: la haloclina es la picnoclina. En todos los casos, la densidad aumenta hacia abajo.

Definición 6.6 (Estratificación)

El océano está estratificado cuando su densidad aumenta con la profundidad: el agua más ligera descansa sobre el agua más densa, en capas.

Un océano estratificado es estable. Una porción de agua empujada hacia abajo, hacia un agua más densa, es más ligera que su entorno y vuelve a flotar hacia arriba; una porción empujada hacia arriba vuelve a hundirse. Para mezclar las capas, el viento tiene que trabajar en contra de esto, y cuanto más marcada es la picnoclina, más difícil resulta: la termoclina es una tapadera que separa la superficie del océano profundo. El océano profundo está lleno de agua que se hundió hace mucho tiempo en los mares polares fríos, donde el agua superficial se vuelve lo bastante densa para hundirse (Libro 1, año 8).

6.4 El afloramiento

Definición 6.7 (Afloramiento)

El afloramiento es la subida de agua fría desde debajo de la capa superficial, para sustituir al agua superficial que el viento aparta. Se produce a lo largo de algunas costas y en mar abierto.

A lo largo de una costa, el viento que sopla paralelo a la orilla arrastra el agua superficial; a causa de la rotación de la Tierra, el agua no sigue sin más al viento, sino que se desvía de él, hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur (cómo ocurre esto es tema de los volúmenes universitarios). Frente a Perú, el viento sopla a lo largo de la costa hacia el ecuador, y el agua superficial es empujada mar adentro; cerca de la costa sube agua fría para ocupar su lugar. También hay afloramiento a lo largo del ecuador, donde los alisios apartan de él el agua superficial hacia ambos lados.

El agua que sube no solo es fría. Por debajo de la capa superficial iluminada, los restos del plancton muerto, que se hunden y se descomponen, liberan los nutrientes minerales que necesita el fitoplancton. Devueltos a la luz, estos nutrientes hacen de las regiones de afloramiento las aguas más productivas del océano, con los caladeros más ricos. Donde el océano está muy estratificado y nada sube el agua profunda, la capa iluminada se queda sin nutrientes: los centros de los giros subtropicales son los desiertos del océano.

6.5 Ejercicios

Ejercicio 6.1 ★

Define la capa de mezcla y la termoclina. ¿Qué remueve la capa de mezcla?

Solución

Solución de Ejercicio 6.1.

La capa de mezcla es la capa superficial del océano en la que la temperatura y la salinidad apenas cambian con la profundidad; la termoclina es la capa situada debajo, en la que la temperatura baja deprisa con la profundidad. El viento y el oleaje remueven la capa de mezcla (con la ayuda, en invierno, del enfriamiento de la superficie).

Ejercicio 6.2 ★

Define el afloramiento. ¿Por qué las aguas de las regiones de afloramiento son ricas en vida?

Solución

Solución de Ejercicio 6.2.

El afloramiento es la subida de agua fría desde debajo de la capa superficial, que sustituye al agua superficial apartada por el viento. El agua que sube lleva nutrientes minerales a la capa iluminada, donde el fitoplancton los usa para crecer; el fitoplancton alimenta al resto de la cadena alimentaria.

Ejercicio 6.3 ★

Con los perfiles de temperatura de los tres lugares, da la temperatura en la superficie y a $1000\,\mathrm{m}$ en el Pacífico tropical y en el océano Ártico.

Solución

Solución de Ejercicio 6.3.

Pacífico tropical: unos $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ en la superficie y $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $1000\,\mathrm{m}$. Océano Ártico: unos $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ en la superficie y cerca de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $1000\,\mathrm{m}$.

Ejercicio 6.4 ★

¿Qué es más denso, el agua de mar de salinidad 35 a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ o a $0{}^{\circ}\mathrm{C}$? ¿El agua de mar de salinidad 35 o el agua pura, a la misma temperatura? Usa los valores del capítulo.

Solución

Solución de Ejercicio 6.4.

A $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ frente a $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$). El agua de mar: a $4{}^{\circ}\mathrm{C}$, el agua pura tiene una densidad de $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, y el agua de mar de salinidad 35, unos $1027.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ (leídos en la gráfica).

Ejercicio 6.5 ★

Explica cómo mide una boya perfiladora un perfil del océano, y por qué las boyas son útiles donde los barcos rara vez llegan.

Solución

Solución de Ejercicio 6.5.

La boya deriva a $1000\,\mathrm{m}$, se hunde hasta $2000\,\mathrm{m}$ y luego sube a la superficie midiendo por el camino la temperatura, la salinidad (a partir de la conductividad) y la presión; en la superficie envía su perfil por satélite y vuelve a hundirse. Las boyas derivan con las corrientes por todo el océano y funcionan durante años, en todas las estaciones, lejos de las rutas de los barcos.

Ejercicio 6.6 ★★

El océano cubre $361.84$ millones de $\mathrm{km}^{2}$, con una profundidad media de $3682\,\mathrm{m}$. Calcula su volumen en kilómetros cúbicos. ¿Qué fracción de su profundidad representan los $100\,\mathrm{m}$ superiores?

Solución

Solución de Ejercicio 6.6.

$361.84\times10^6 \times 3.682 \approx 1.33 \times 10^{9}\,\mathrm{km}^{3}$, unos $1.33$ mil millones de kilómetros cúbicos. $100/3682 \approx 0.027$: menos del $3\,\%$ de la profundidad media.

Ejercicio 6.7 ★★

En el perfil del Atlántico Norte de agosto, la temperatura es de $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ en la superficie, $22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $15\,\mathrm{m}$, $21.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $20\,\mathrm{m}$ y $17.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $50\,\mathrm{m}$. Con la regla del método, estima la profundidad de la capa de mezcla. ¿Cuál es el ritmo medio de bajada de la temperatura entre $20\,\mathrm{m}$ y $50\,\mathrm{m}$, en grados por metro?

Solución

Solución de Ejercicio 6.7.

$22.7 - 0.5 = 22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, que se alcanza a $15\,\mathrm{m}$: la capa de mezcla tiene unos $15\,\mathrm{m}$ de profundidad. Entre $20\,\mathrm{m}$ y $50\,\mathrm{m}$: $(21.8 - 17.3)/30 = 0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ por metro.

Ejercicio 6.8 ★★

En ese mismo lugar del Atlántico Norte, la superficie está a $15.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ en febrero y a $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ en agosto, mientras que a $300\,\mathrm{m}$ está a $13.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ en los dos meses. Explica por qué el agua profunda no sigue las estaciones, y por qué la capa de mezcla de invierno es mucho más profunda que la de verano.

Solución

Solución de Ejercicio 6.8.

El sol solo calienta la capa superficial, y el calentamiento y el enfriamiento estacionales solo se reparten por la capa de mezcla: por debajo de la termoclina, el agua queda aislada de ellos. En invierno la superficie se enfría, se vuelve más densa y se hunde en el agua de debajo, y las tempestades agitan el mar: la mezcla llega hondo. En verano el sol calienta una capa superficial ligera que flota sobre el agua más fría; los vientos, más suaves, no consiguen empujarla hacia abajo, y la capa de mezcla sigue siendo delgada.

Ejercicio 6.9 ★★

Cerca de $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, una unidad de salinidad añade $0.78\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a la densidad y un grado de calentamiento quita $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. ¿Cuántos grados de calentamiento compensan una unidad de salinidad? Responde a la misma pregunta cerca de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$, donde un grado solo quita $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. ¿Qué concluyes para los mares polares?

Solución

Solución de Ejercicio 6.9.

$0.78/0.18 \approx 4.3$ grados cerca de $10{}^{\circ}\mathrm{C}$; $0.78/0.06 = 13$ grados cerca de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$. En los mares polares fríos, los pequeños cambios de salinidad pesan mucho más en la densidad que los cambios de temperatura: allí, la salinidad controla la estratificación.

Ejercicio 6.10 ★★

En el océano Ártico, el agua de la superficie está a $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ con una salinidad de 28.1, y a $200\,\mathrm{m}$ está a $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ con una salinidad de 33.3. Sus densidades son $1022.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ y $1026.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. ¿Qué hace más densa el agua profunda? Nombra la capa que hay entre ellas.

Solución

Solución de Ejercicio 6.10.

La temperatura es la misma: el agua profunda es más densa porque es más salada (33.3 frente a 28.1). La capa que hay entre ellas, donde la salinidad cambia deprisa con la profundidad, es una haloclina; aquí es también la picnoclina.

Ejercicio 6.11 ★★

Explica por qué un océano estratificado es estable, con una porción de agua superficial empujada hacia abajo por una ola.

Solución

Solución de Ejercicio 6.11.

Empujada hacia abajo, la porción conserva su temperatura y su salinidad, y por tanto su densidad. Rodeada de agua más densa, es más ligera que el agua que desplaza: el empuje la devuelve hacia arriba, a su propio nivel. Una porción empujada hacia arriba sería más densa que su nuevo entorno y volvería a hundirse. Las capas son estables.

Ejercicio 6.12 ★★★

Un litro de agua de mar de salinidad 35 a $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ se calienta hasta $25{}^{\circ}\mathrm{C}$. Con las densidades del capítulo, calcula su masa y después su nuevo volumen. ¿Cuánto se ha dilatado, en mililitros? Una capa de océano de $700\,\mathrm{m}$ de espesor se calienta en la misma proporción: ¿cuánto aumenta su espesor? (Es una enorme exageración del calentamiento real del océano, usada aquí solo para mostrar el efecto.)

Solución

Solución de Ejercicio 6.12.

Masa: $0.001 \times 1028.1 = 1.0281\,\mathrm{kg}$. Nuevo volumen: $1.0281/1023.3 \approx 0.001\,004\,7\,\mathrm{m}^{3}$, unos $1004.7\,\mathrm{mL}$: se ha dilatado unos $4.7\,\mathrm{mL}$, un $0.47\,\%$. La capa de $700\,\mathrm{m}$ ganaría $700 \times 0.0047 \approx 3.3\,\mathrm{m}$ de espesor.

Ejercicio 6.13 ★★★

En el Pacífico tropical, la densidad es de $1021.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $50\,\mathrm{m}$ y de $1026.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $200\,\mathrm{m}$; en el Atlántico Norte, en febrero, la temperatura apenas cambia en los $150\,\mathrm{m}$ superiores. ¿En cuál de los dos lugares le costaría menos a una tempestad remover el agua hasta $150\,\mathrm{m}$? Explícalo.

Solución

Solución de Ejercicio 6.13.

En el Atlántico Norte en febrero. Allí, los $150\,\mathrm{m}$ superiores tienen casi la misma temperatura y, por tanto, casi la misma densidad: removerlos cuesta poco. En el Pacífico tropical, la densidad aumenta $1026.0 - 1021.6 = 4.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ entre $50\,\mathrm{m}$ y $200\,\mathrm{m}$: una picnoclina marcada, y la tempestad tendría que empujar agua ligera hacia abajo, hacia un agua mucho más densa.

Ejercicio 6.14 ★★★

En el mapa de la clorofila, localiza dos regiones de mucha clorofila en mar abierto, lejos de cualquier costa, y una gran región de muy poca clorofila. Explica cada una con ayuda del capítulo.

Solución

Solución de Ejercicio 6.14.

Mucha clorofila lejos de las costas: la franja a lo largo del ecuador en el Pacífico (y en el Atlántico), donde los alisios provocan un afloramiento, y las latitudes altas, como el Atlántico Norte, donde la capa de mezcla de invierno llega hondo y sube nutrientes. Muy poca clorofila: los centros de los giros subtropicales, muy estratificados, donde nada sube el agua profunda y la capa iluminada se ha quedado sin nutrientes.

Ejercicio 6.15 ★★★

Supón que una boya se hunde de $1000\,\mathrm{m}$ a $2000\,\mathrm{m}$ en seis horas, y luego sube a la superficie en diez horas. Calcula su velocidad vertical media en cada fase, en centímetros por segundo. Si midiera cada $2\,\mathrm{s}$ durante la subida, ¿cuántas medidas tendría un perfil, y qué profundidad separa por término medio dos de ellas?

Solución

Solución de Ejercicio 6.15.

Bajada: $1000/(6 \times 3600) \approx 0.046\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, unos $4.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. Subida: $2000/(10 \times 3600) \approx 0.056\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, unos $5.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. $36\,000/2 = 18\,000$ medidas, separadas por término medio $2000/18\,000 \approx 0.11\,\mathrm{m}$.

6.6 Problema: un lance de CTD frente a Perú

Problema 6.1

Problema de fin de semana — dos perfiles del Pacífico Sur

La tabla da la temperatura y la salinidad medias, y la densidad calculada a la presión de la superficie, en dos lugares del Pacífico Sur: frente a Perú ($13.5{}^{\circ}\mathrm{S}$, $77.5{}^{\circ}\mathrm{O}$) y en el centro del giro subtropical ($20.5{}^{\circ}\mathrm{S}$, $110.5{}^{\circ}\mathrm{O}$).

	frente a Perú			giro
profundidad ($\mathrm{m}$)	${}^{\circ}\mathrm{C}$	salinidad	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$	${}^{\circ}\mathrm{C}$	salinidad	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$
0	19.0	35.08	1025.08	24.0	36.41	1024.71
25	17.4	35.06	1025.47	23.9	36.39	1024.73
50	15.8	35.03	1025.83	23.6	36.38	1024.80
100	13.7	34.93	1026.20	22.6	36.27	1025.02
200	12.4	34.89	1026.44	20.3	35.80	1025.30
300	11.1	34.80	1026.62	14.4	34.76	1025.92
500	7.9	34.60	1026.97	7.1	34.39	1026.92

Parte I — Leer los perfiles.

1. ¿Qué lugar es más cálido en la superficie, y por cuánto?
2. ¿Qué lugar está más lejos del ecuador? ¿Es la diferencia de temperatura en superficie la que cabría esperar solo por las latitudes?
3. Con la regla del método, estima la profundidad de la capa de mezcla en el giro.
4. ¿Hay capa de mezcla frente a Perú? Describe los $100\,\mathrm{m}$ superiores.
5. ¿Entre qué profundidades baja más deprisa la temperatura en el giro? Da el ritmo, en grados por cada cien metros.
6. ¿A qué profundidad, aproximadamente, está el agua a $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ en cada lugar?

Parte II — Densidades.

7. Comprueba que la densidad aumenta con la profundidad en los dos lugares. ¿Qué te dice esto sobre su estabilidad?
8. En el giro, el agua superficial es más salada que frente a Perú. ¿Debería eso hacerla más densa o más ligera? ¿Es más densa?
9. Explica cuál de los dos efectos se impone.
10. Calcula el aumento de densidad desde la superficie hasta $200\,\mathrm{m}$ frente a Perú.
11. Calcula el mismo aumento en el giro.

Parte III — Comparar la estratificación.

12. En el giro, ¿dónde se encuentra la mayor parte del aumento de densidad de los $500\,\mathrm{m}$ superiores: por encima o por debajo de $200\,\mathrm{m}$?
13. ¿Y frente a Perú?
14. A $500\,\mathrm{m}$, compara los dos lugares. ¿Qué sugiere esto sobre el agua profunda que hay debajo de ambos?
15. Explica en unas pocas frases cómo se ha levantado la termoclina frente a Perú hacia la superficie.
16. El fitoplancton vive en las primeras decenas de metros. ¿En qué lugar está el agua rica en nutrientes de debajo de la termoclina al alcance de la mezcla producida por el viento? Explícalo.

Parte IV — Por qué son productivas las aguas peruanas.

17. ¿Cómo sería el agua superficial frente a Perú si el viento paralelo a la costa dejara de soplar durante meses?
18. Con el mapa de la clorofila, compara los dos lugares.
19. Explica por qué se dice que el giro es un desierto del océano aunque esté lleno de luz solar.
20. Calcula el cociente de los aumentos de densidad desde la superficie hasta $200\,\mathrm{m}$ frente a Perú y en el giro, y di qué muestra.

Solución

Solución de Problema 6.1.

1. El giro, en $24.0 - 19.0 = 5.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

2. El giro ($20.5{}^{\circ}\mathrm{S}$ frente a $13.5{}^{\circ}\mathrm{S}$). Al estar más lejos del ecuador, debería ser el más fresco: las latitudes por sí solas no explican por qué está $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ más cálido.

3. $24.0 - 0.5 = 23.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, que se alcanza entre $50\,\mathrm{m}$ (23.6) y $100\,\mathrm{m}$ (22.6), hacia $50 + 50 \times 0.1/1.0 = 55\,\mathrm{m}$.

4. No: la temperatura baja de forma regular desde la superficie, $1.6{}^{\circ}\mathrm{C}$ en los primeros $25\,\mathrm{m}$ y $5.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ en los primeros $100\,\mathrm{m}$; la termoclina empieza en la misma superficie.

5. Entre $200\,\mathrm{m}$ y $300\,\mathrm{m}$: $20.3 - 14.4 = 5.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ por cada cien metros.

6. Frente a Perú, entre $50\,\mathrm{m}$ y $100\,\mathrm{m}$: unos $70\,\mathrm{m}$ por interpolación (el perfil completo da $65\,\mathrm{m}$). En el giro, entre $200\,\mathrm{m}$ y $300\,\mathrm{m}$: unos $200 + 100 \times 5.3/5.9 \approx 290\,\mathrm{m}$.

7. Sí, en todos los niveles de las dos columnas: el agua más ligera descansa sobre el agua más densa, y las dos columnas son estables.

8. El agua más salada debería ser más densa; sin embargo, el agua superficial del giro es más ligera: $1024.71\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ frente a $1025.08\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

9. El agua del giro es unas 1.3 unidades más salada, lo que añade unos $1.3 \times 0.8 \approx 1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$; está $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ más cálida, lo que quita unos $5 \times 0.27 \approx 1.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a estas temperaturas. Se impone la temperatura.

10. $1026.44 - 1025.08 = 1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

11. $1025.30 - 1024.71 = 0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

12. De la superficie a $500\,\mathrm{m}$, la densidad aumenta $1026.92 - 1024.71 = 2.21\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, de los que solo $0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ están por encima de $200\,\mathrm{m}$: la mayor parte, $1.62\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, está por debajo de $200\,\mathrm{m}$, en la termoclina, entre $200\,\mathrm{m}$ y $500\,\mathrm{m}$.

13. Frente a Perú, la densidad aumenta $1026.97 - 1025.08 = 1.89\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ de la superficie a $500\,\mathrm{m}$, de los que $1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ están en los $200\,\mathrm{m}$ superiores: la mayor parte está cerca de la superficie.

14. A $500\,\mathrm{m}$, los dos lugares son casi iguales ($7.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ y $7.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, $1026.97\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ y $1026.92\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$): la misma agua fría está debajo de ambos; la diferencia es lo cerca que llega de la superficie.

15. El viento que sopla a lo largo de la costa hacia el ecuador empuja el agua superficial mar adentro; el agua de debajo sube cerca de la costa para ocupar su lugar. El agua fría de la termoclina es aspirada hacia arriba, de modo que la termoclina se inclina hacia la costa y llega casi a la superficie.

16. Frente a Perú: el agua a entre $13{}^{\circ}\mathrm{C}$ y $15{}^{\circ}\mathrm{C}$, procedente de debajo de la termoclina, está en los $100\,\mathrm{m}$ superiores, al alcance de la mezcla del viento y de la luz. En el giro está por debajo de $250\,\mathrm{m}$, bajo una capa cálida y ligera que el viento no consigue remover hasta tanta profundidad.

17. El afloramiento se detendría: el agua superficial se calentaría al sol, se formaría encima una capa cálida y ligera, y el aporte de nutrientes a la capa iluminada iría disminuyendo.

18. La costa de Perú va del azul claro al amarillo (mucha clorofila); el centro del giro del Pacífico Sur está entre las regiones de azul más oscuro del mapa (muy poca).

19. El fitoplancton necesita nutrientes además de luz. En el giro, la fuerte estratificación mantiene el agua profunda, rica en nutrientes, muy por debajo de la capa iluminada, y los nutrientes de la capa superficial se agotaron hace tiempo.

20. $1.36/0.59 \approx 2.3$: el aumento de densidad en los $200\,\mathrm{m}$ superiores es unas 2.3 veces mayor frente a Perú que en el giro. La picnoclina, con el agua fría y rica en nutrientes que hay debajo, se ha levantado hasta los $200\,\mathrm{m}$ superiores frente a Perú, mientras que en el giro está más honda, por debajo de $200\,\mathrm{m}$.