oceanografia masa de agua y su estabilidad

Introduccin a la Oceanografa Fsica. Bloque D 1

D MASAS DE AGUA DE LOS OCANOS Y SU ESTABILIDAD

Introduccin a la Oceanografa Fsica


Bloque D - Masas de aguas de los ocanos y su estabilidad

1.- Introduccin. Propiedades conservativas y no conservativas.2.- Masas de agua.3.- Procesos de formacin de las masas de agua.4.- Diagramas T-S y representacin de los procesos de mezcla.5.- Cuantificacin en el anlisis de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.7.- Estabilidad vertical de las masas de agua.8.- Otros diagramas caractersticos.


1.- Introduccin. Propiedades conservativas y no conservativas.

Fsicamente T y S son propiedades independientes.

Parece en principio factible encontrarse cualquier combinacin de T y S en los ocanos del mundo.

Sin embargo el nmero de posibles combinaciones est limitado.

T0 , S0

T0 , S0T1 , S1 T2 , S2

Las valores de T y S posibles vienen fijados por el clima en lugares muy concretos de la superficie.

Estos valores de T y S determinan cual es la densidad del agua de mar.

Algunas de estas aguas se hunden y mantienen la T y S que adquirieron en la superficie.

Esta T y S slo puede cambiar a travs de la mezcla con otras aguas con T y S distintas.


1.- Introduccin. Propiedades conservativas y no conservativas.

Propiedades conservativas de los ocanos. Son aquellas propiedades cuyos valores pueden ser alterados a travs

procesos que ocurren en los lmites de los ocanos, pero que dentro de los ocanos solo pueden ser modificadas por procesos de mezcla.

Ejemplos: T, S, Propiedades no conservativas de los ocanos.

Estas propiedades estn sujetas adems a cambios dentro de los ocanos mediante procesos fsicos (otros que la mezcla), qumicos y biolgicos.

Ejemplos: Oxgeno disuelto, nutrientes,

Importancia de las propiedades conservativas T y S. Pueden ser utilizadas para identificar un cuerpo de agua y establecer su

origen o su mezcla con otros cuerpos de agua.

T y S son propiedades del agua de mar que se pueden medir fcilmente.


2.- Masas de agua.

Masas de agua.

T0 , S0

T0 , S0

v = 1 cm/s

El anlisis de las masas de agua permite conocer la circulacin en la parte inferior de los ocanos.

Agua tipo. Masa de agua completamente homognea en sus propiedades (definicin ideal).

v = 20 cm/s

Muestreo

Cuerpo o volumen de agua distinguible por sus propiedades fsicas y biolgicas.

Las propiedades empleadas para diferenciarlos son T y S principalmente.

Se forman en reas ocenicas especficas.

En muchos casos toman sus valores de T y S cuando estn en la superficie bajo influencia del clima local.

Despus se hunden y se desplazan lentamente conservando su T y S.


2.- Masas de agua.

Ejemplo de masa de agua. Un ejemplo de masa de agua es el Agua Mediterrnea (AM). Se forma en el Mediterrneo Noroccidental en invierno. El viento Mistral produce una intensa evaporacin y enfriamiento, que produce un

aumento de densidad. Esta agua homognea se mezcla verticalmente y desciende al fondo (2000 m). Esta agua homognea (T=12.8C, S=38.4) se extiende por el Mediterrneo llegando

al Estrecho de Gibraltar.


2.- Masas de agua.

Ejemplo de masa de agua.

T S

Este AM sale del Mediterrneo hacia el Atlntico situndose por debajo del agua atlntica entrante.

Hay una gran mezcla en la interfase de ambas aguas.

Las caractersticas del agua AM menos mezclada son T=11C, S=36.5


2.- Masas de agua.

Ejemplo de masa de agua. La AM se sita en el Atlntico a 1000 m de profundidad (flotabilidad neutra) y se

extiende a este nivel.

Esta agua se modifica a travs de una mezcla continua.

Pero puede detectarse a grandes distancias por su T y S altas.

Salinidad a 1000 mTemperatura a 1000 m


3.- Procesos de formacin de las masas de agua.

Procesos de formacin de las masas de agua. Los procesos involucrados en la formacin de las masas de agua son:

- Conveccin profunda.- Subduccin.- Mezcla.

Capa de mezcla

Conveccin. Sucede en lugares con poca estratificacin (regiones polares y

subpolares).

Ocurre cuando el agua superficial se hace ms densa que aquella situada en la parte inferior y se hunde.

El aumento de la densidad puede producirse por:- Enfriamiento.- Aumento de la salinidad

Evaporacin. Congelacin.

- Ambos procesos (trmico y halino) actuando conjuntamente.


3.- Procesos de formacin de las masas de agua.

Mezcla.

Subduccin. Sucede principalmente en regiones subtropicales. Se produce por convergencia y lento hundimiento de las aguas ocenicas. Se bombea el agua de la parte inferior de la capa de mezcla a mayores

profundidades a lo largo de superficies de densidad constante.

Pueden formarse por mezcla de dos o ms masas de agua.


4.- Diagramas T-S y representacin de los procesos de mezcla.

Diagrama T-S: Grfica donde se representa T frente a S (Helland-Hansen, 1916).

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

-5

0

5

10

15

20t=24.0

t=25.0

t=26.0

t=27.0

t=28.0800 m

900 m

0 m

100 m

200 m

300 m

400 m

500 m

700 m600 m

1km1.2 km

1.6 km1.4 km

1.8 km2 km2.5 km3 km

3.5 km4 km

Se representan con puntos las combinaciones de T y S obtenidas para cada profundidad.

Los puntos son unidos en orden creciente de profundidad mediante una curva suave (Curva T-S).

Es mejor usar la temperatura potencial () en los diagramas. Es propiedad conservativa.

Se suelen representar algunas curvas de densidad constante. Permite estudiar la densidad y estabilidad de las masas de agua.

Es mejor usar como densidad aunque tambin se emplea t

Realizacin



T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

-5

0

5

10

15

20

Agua tipo. - Masa de agua de T y S homogneas.- Es un punto en el diagrama T-S.

Mezcla de dos aguas tipo.

- La lnea que une a dos aguas tipo resulta de la mezcla de estas.

Agua tipo

Agua tipo

Mezcla de aguas tipo

- Estas definiciones son ideales y en realidad hay una dispersin alrededor de estos puntos y curvas.



Densificacin o cabelling: Proceso por el cual a travs de la mezcla de dos masas de agua de igual densidad y distintas T y S se puede obtener un agua de mayor densidad.

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

-5

0

5

10

15

20t=24.0

t=25.0

t=26.0

t=27.0

t=28.0

La dependencia de la densidad con T y S hace que las isopicnasaparezcan curvadas en el diagrama T-S, y esto hace que el agua resultante de la mezcla de A y B no caiga sobre ella y tiene una densidad mayor.

Este proceso puede ser importante en la produccin de masas de agua.

A

T1,S1

BT2,S2

RTR,SR


5.- Cuantificacin en el anlisis de las masas de agua.

Mezcla de dos aguas tipo.

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

-5

0

5

10

15

20AT1,S1

BT2,S2

a

b R

- Sean m1 porciones de un agua tipo A de T1 y S1, y m2 porciones de un agua tipo B de T2 y S2.

- La T y S del agua que resulta de la mezcla es

21

2211mmTmTmT +

+=21

2211mmSmSmS +

+=

- El diagrama T-S permite hallar las porciones de agua tipo de un punto que cae en la recta que une a A y B

ab

BA =

porcin porcin

100 %,100 % +=+= baaB

babA


5.- Cuantificacin en el anlisis de las masas de agua.

Mezcla de tres aguas tipo.- Los crculos con las letras A, B y Crepresenta a cada una de las aguas tipo.

- Las rectas AB, BC y CA representan a las masas de agua resultantes de la mezcla de A y B, B y C, y C y A.

- La curva en el interior del tringulo ABCes una masa de agua resultante de la mezcla de los tipos A, B y C.

-El diagrama T-S permite hallar las porciones de agua tipo de un punto que cae dentro del tringulo de mezcla.

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

Salinidad33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5

-5

0

5

10

15

20

BT2,S2

AT1,S1

a

b

cd

e

f

C T3,S3

Tringulo de mezcla

R

100 % += babA

100 % += dcdB

100 % += fefC


6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.

Evolucin de la mezcla de dos aguas tipo.

200

600

1000

z (m)

2 6 10T (C)

Perfil T-z

200

600

1000

z (m)

34.0 34.4 34.8S

Perfil S-z

A

B

A

B discontinuidad discontinuidad

3434.8Salinidad

210Temperatura (C)

600-1000 m200-600 mEspesor

BAAgua tipo

Situacin 1. Antes de iniciarse la mezcla entre los dos cuerpos de agua.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (C)

Diagrama T-S

200-600 A

600-1000 B




200

600

1000

z (m)

2 6 10T (C)

Perfil T-z

200

600

1000

z (m)

34.0 34.4 34.8S

Perfil S-z

A

B

A

B

Situacin 2. Los dos cuerpos de agua han experimentado una mezcla parcial.- La discontinuidad entre los dos cuerpos de agua ha ido desapareciendo de los perfiles T-z y S-z.

- En el diagrama T-S se observa una lnea uniendo las aguas tipo A y B, que es indicativo de la presencia de mezcla.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (C)

Diagrama T-S

200-400

800-1000

600

500

700

A

B




200

600

1000

z (m)

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

z (m)

2 6 10T (C)

Perfil T-z Perfil S-z

A

B B

A

Situacin 3. La mezcla entre los dos cuerpos de agua alcanza su estado ms avanzado.- En los perfiles de T-z y S-z la transicin de estas propiedades para ambos cuerpos de agua es an ms gradual que el caso anterior.

- En el diagrama T-S se continua observando una lnea uniendo las aguas tipo A y B,aunque cambia la distribucin de los puntos, que aumenta en uniformidad a medida que la mezcla progresa.

T (C)

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

Diagrama T-S

200

1000

600

400

800

A

B



Evolucin de la mezcla de tres aguas tipo.

discontinuidad

Perfil T-z

2 6 10T (C)

z (m)200

600

1000

1400 discontinuidad

Perfil S-z

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

z (m)

1400

discontinuidadA

B

C

A

B

C

34

2

600 -1000 m

B

34.834.8Salinidad

210Temperatura (C)

1000 -1400 m200 -600 mEspesor

CAAgua tipo

Situacin 1. Antes de iniciarse la mezcla entre los tres cuerpos de agua.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (C)

Diagrama T-S

200-600

A

600-1000

B C

1000-1400




Perfil T-z

2 6 10T (C)

200

600

1000

z (m)

1400

Perfil S-z

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

z (m)

1400

A

B

C

A

B

C

Core water

Situacin 2. Los tres cuerpos de agua han experimentado una mezcla parcial.- La discontinuidad entre los dos cuerpos de agua ha ido desapareciendo de los perfiles T-z y S-z.

- En el diagrama T-S se puede distinguir an la capa de agua intermedia con su T y S original (core water), que aparece representada como una esquina o vrtice.

10

6

2

T (C)

34.0 34.4 34.8S

Diagrama T-S

200-400 A

B C 1200-1400

500

600

700800

900 1000 1100

Core water




34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (C)

Diagrama T-SPerfil T-z

2 6 10T (C)

200

600

1000

z (m)

1400

34.0 34.4 34.8S

200

600

1000

Perfil S-zz (m)

1400

A

B

C

A

B

C

A

B C

1400

200

500

600

700

800 900

1000

300400

1100

Core water

Situacin 3. La mezcla entre los tres cuerpos de agua est en un estado ms avanzado.- En los perfiles de T-z y S-z la transicin de estas propiedades para ambos cuerpos de agua es an ms gradual que el caso anterior.

- La capa intermedia ya no conserva su T y S original.- En el diagrama T-S desaparece el vrtice correspondiente al core water




T

S

123

- En la evolucin de la mezcla de tres aguas tipo se basa el mtodo core desarrollado porWust (1935) para determinar la propagacin de las masas de agua y tambin su estado de mezcla.

- Es posible incluso obtener informacin del agua que dio origen al core.

34.0 34.4 34.8S

10

6

2

T (C)

Diagrama T-S

A

B C

123


7.- Estabilidad vertical de las masas de agua.

- La estabilidad de la columna de agua viene marcada por los cambios de la densidad con la profundidad.

Si la densidad aumenta con la profundidad, la columna de agua es estable (d/dz>0) Si disminuye con la profundidad, la columna de agua es inestable (d/dz


8.- Otros diagramas caractersticos.

Diagrama T-S-V.-Es una extensin del concepto de diagrama T-S que refleja la distribucin de la temperatura y salinidad de los ocanos en proporcin a su volumen.

-Para ello es necesario usar un grfico tridimensional, en el que cada pico indica el volumen de agua con unas propiedades de T y S caractersticas.


8.- Otros diagramas caractersticas.

Diagrama T-S-t.- Es una extensin del concepto de diagrama T-S que incluye informacin de la evolucin temporal de las propiedades de las aguas ocenicas en reas especficas.

- Para ello se traza en un diagrama T-S estndar, la temperatura y salinidad de un rea dada a intervalos de tiempo regulares.

D MASAS DE AGUA DE LOS OCANOS Y SU ESTABILIDADBloque D - Masas de aguas de los ocanos y su estabilidad1.- Introduccin. Propiedades conservativas y no conservativas.1.- Introduccin. Propiedades conservativas y no conservativas.2.- Masas de agua.2.- Masas de agua.2.- Masas de agua.2.- Masas de agua.3.- Procesos de formacin de las masas de agua.3.- Procesos de formacin de las masas de agua.4.- Diagramas T-S y representacin de los procesos de mezcla.4.- Diagramas T-S y representacin de los procesos de mezcla.4.- Diagramas T-S y representacin de los procesos de mezcla.5.- Cuantificacin en el anlisis de las masas de agua.5.- Cuantificacin en el anlisis de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.6.- Evolucin y decadencia de las masas de agua.7.- Estabilidad vertical de las masas de agua.8.- Otros diagramas caractersticos.8.- Otros diagramas caractersticas.

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