Introduccion a la Oceanografia.

1. Introducción al módulo 1 (A y B)

El módulo 1 aborda algunos de los conceptos fundamentales de la oceanografía descriptiva relacionados con las características físicas del agua: la distribución vertical de la temperatura y la salinidad, el diagrama TS, la estabilidad y la desestabilización de la columna de agua, la formación de aguas densas y profundas, las masas de agua y su circulación. Se introduce también los conceptos necesarios para comprender la relación entre la distribución de la masa de agua, la topografía de su superficie a escala regional o más grande, y la circulación llamada geostrófica, donde juega un papel fundamental la fuerza de Coriolis . Si bien los conceptos expuestos tienen una aplicabilidad general, los ejemplos son del Mediterráneo, empezando por las características de las aguas más cercanas a Barcelona, donde empieza y termina la Barcelona World Race, y terminando con la circulación general de las masas de agua de todo el Mediterráneo.

1.1 El Mediterráneo como modelo de océano: Temperatura, salinidad, presión y densidad.

La salinidad y la temperatura son dos propiedades del mar que no se pueden ver o adivinar a simple vista, y son las más importantes desde el punto de vista físico porque determinan la densidad del agua. Como el agua más ligera flota sobre la más densa, la temperatura y la salinidad, y sus variaciones en el espacio y en el tiempo, determinan la distribución de las masas de agua y una buena parte de sus movimientos.

En este tema 1 se describe el papel que la temperatura y la salinidad juegan en la determinación de la densidad del agua, y cómo desde la superficie hacia el fondo, el agua se ordena según la densidad: de menos densa en más densa. En la vertical, dentro del agua, cuanto más abajo más presión hay, y esta presión comprime un poco el agua. Esto tiene efecto en la densidad.

1.1.1 Temperatura

Medir la temperatura superficial del mar no es difícil, pero medir la temperatura por debajo de la superficie, digamos a 1000 metros de profundidad ... ya es harina de otro costal!

A lo largo de la historia de la oceanografía se han utilizado diferentes métodos para lograr medir el perfil vertical de temperatura del agua. Los termómetros de inversión, hechos de vidrio y con mercurio, son una solución ingeniosa y una pequeña maravilla que permite medir la temperatura "in situ" a cualquier profundidad deseada.

Se bajan en el mar unidos a un dispositivo mecánico de la botella hidrográfica en la posición vertical, y una vez estabilizados a la profundidad deseada se envía un mensajero (un peso que se desliza por el cable) que los hace girar 180º. Esto rompe la columna de mercurio del termómetro principal en un punto preciso de forma que en su viaje a bordo ya no cambiará la cantidad de mercurio que haya sido separado en la parte inferior del termómetro.

Una vez arriba, se lee la temperatura del termómetro principal y la temperatura de un termómetro auxiliar que siempre lo acompaña, que sirve para saber a qué temperatura estamos leyendo el termómetro principal. Más aún, usando dos termómetros al mismo tiempo, uno que vaya encapsulado dentro de una carcasa y está aislado de los efectos de la presión y el otro sin proteger, gracias a una calibración muy precisa de cada termómetro individual, se puede calcular la profundidad exacta en la que los termómetros han medido la temperatura.

Los sensores de temperatura modernos, se basan en el cambio de propiedades eléctricas de los materiales según la temperatura. Actualmente los sensores de temperatura tienen una gran precisión (0,001 ° C), una respuesta rápida (0,07 s) y una buena estabilidad (del orden de 0,002 ºC / año). La exactitud de la medida se obtiene con calibraciones regulares realizados en centros especializados.

Esto hace que su señal se pueda capturar, transmitir y almacenar a gran velocidad, y por lo tanto, bajando un termómetro desde la superficie hasta el fondo, se pueden obtenerperfiles de temperatura de gran resolución y precisión en un tiempo relativamente corto. La calidad de la medida de temperatura del mar es absolutamente necesaria para calcular la densidad o masa específica del agua con la precisión que requiere la oceanografía.

1.1.2 Salinidad

Para conocer la densidad hay que medir también la salinidad (concentración de sal disuelta) del agua, que en el mar es del orden de unos 35 g/kg.

El análisis químico completo de los componentes del agua marina es algo complejo y que no se puede hacer rutinariamente, pero la suerte de los oceanógrafos es que el 99,3% de todas las sales disueltas en el agua de mar se presentan siempre en la misma proporción. Esto permite usar la conductividad eléctrica (que depende de la salinidad y la temperatura) para medir con precisión suficiente la salinidad total de una muestra de agua.

El estudio en el laboratorio de las variaciones de la conductividad del agua de mar, con las variaciones de la temperatura, la salinidad y la presión han permitido obtener unos algoritmos matemáticos que, introducidos en el ordenador, permiten hacer los cálculos de las propiedades termodinámicas del agua marina (entre otras, la densidad) para una temperatura, salinidad y profundidad (presión) determinada.

Hasta hace pocos años, se usaba una escala de salinidad llamada "práctica" (UPS: unidades prácticas de salinidad), que no correspondía exactamente a la salinidad absoluta (g kg-1), pero desde el año 2010 se dispone de un nuevo algoritmo y métodos para obtener la salinidad absoluta y las propiedades termodinámicas derivadas con más exactitud.Ver el enlace a "TEOS10": 

1.1.3 Presión

Actualmente, uno de los aparatos más utilizados en oceanografía es el CTD, acrónimo de Conductivity, Temperature y Depth. En realidad, el aparato no mide la profundidad pero sí la presión, y la transformación de la presión en profundidad es fácil cuando se conocen los datos de T y S de la columna, pero en una primera aproximación, se puede pensar que 10 m de agua son una atmósfera de presión, o si se prefiere, 1 decibar de presión equivale aproximadamente a 1 metro de profundidad.

Los CTDs más completos, disponen de un almacenador de datos (Data Logger) que permite acoplar varios sensores auxiliares para medidas de interés oceanográfico, muchos de ellos basados en propiedades ópticas (fluorescencia de sustancias presentes en el medio, radiación fotosintéticamente activa , transmitancia, turbidez) o químicas (oxígeno, pH.

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