La oceanografía (del griego antiguo ὠκεανός ( ōkeanós ) ' océano ', y γραφή ( graphḗ ) ' escritura '), también conocida como oceanología , ciencia del mar y ciencias oceánicas , es el estudio científico de los océanos. Es una ciencia de la Tierra , que abarca una amplia gama de temas, entre ellos la dinámica de los ecosistemas ; corrientes oceánicas , olas y dinámica de fluidos geofísicos ; tectónica de placas y geología de los fondos marinos; y flujos de diversas sustancias químicas y propiedades físicas dentro del océano y a través de sus fronteras. Estos diversos temas reflejan múltiples disciplinas que los oceanógrafos utilizan para obtener más conocimientos sobre los océanos del mundo , incluidas la astronomía , la biología , la química , la geografía , la geología , la hidrología , la meteorología y la física . La paleoceanografía estudia la historia de los océanos en el pasado geológico. Un oceanógrafo es una persona que estudia muchas cuestiones relacionadas con los océanos, incluida la geología , la física , la química y la biología marinas .
El hombre adquirió por primera vez conocimiento de las olas y corrientes de los mares y océanos en tiempos prehistóricos. Aristóteles y Estrabón registraron observaciones sobre las mareas entre el 384 y el 322 a. [1] Las primeras exploraciones de los océanos se realizaron principalmente con fines cartográficos y se limitaron principalmente a sus superficies y a los animales que los pescadores criaban en las redes, aunque se realizaban sondeos de profundidad con líneas de plomo.
La campaña portuguesa de navegación atlántica es el primer ejemplo de un gran proyecto científico sistemático, sostenido durante muchas décadas, que estudia las corrientes y los vientos del Atlántico.
En el contexto de la navegación se recuerda el trabajo de Pedro Nunes (1502-1578) por la determinación de la curva loxodrómica: el recorrido más corto entre dos puntos de la superficie de una esfera representada en un mapa bidimensional. [2] [3] Cuando publicó su "Tratado de la Esfera" (1537), principalmente una traducción comentada de trabajos anteriores de otros, incluyó un tratado sobre métodos de navegación geométricos y astronómicos. Allí afirma claramente que las navegaciones portuguesas no fueron una empresa aventurera:
"nam se fezeram indo a acertar: mas partiam os nossos mareantes muy ensinados e prouidos de estromentos e regras de astrología e geometria que sam as cousas que os cosmographos ham dadar apercebidas (...) e leuaua cartas muy particularmente rumadas e na ja as de que os antigos vsauam" (no fueron hechos por casualidad: pero nuestros marinos partieron bien instruidos y provistos de instrumentos y reglas de astrología (astronomía) y geometría que eran materias que les proporcionaban los cosmógrafos (...) y tomaban cartas con exactitud rutas y ya no las utilizadas por los antiguos). [4]
Su credibilidad se basa en su implicación personal en la instrucción de pilotos y marineros de alto rango desde 1527 en adelante por nombramiento real, junto con su reconocida competencia como matemático y astrónomo. [2] El principal problema para navegar de regreso desde el sur de las Islas Canarias (o el sur de Bojador ) a vela sola, se debe al cambio en el régimen de los vientos y las corrientes: el giro del Atlántico Norte y la contracorriente ecuatorial [5 ] avanzará hacia el sur a lo largo del saliente noroeste de África, mientras que los vientos inciertos donde los alisios del Noreste se encuentran con los alisios del Sudeste (la depresión) [6] dejan un velero a merced de las corrientes. Juntos, la corriente predominante y el viento hacen que el avance hacia el norte sea muy difícil o imposible. Para superar este problema y despejar el paso a la India a través de África como una ruta comercial marítima viable, los portugueses idearon un plan sistemático de exploración. La ruta de regreso desde regiones del sur de Canarias pasó a ser la ' volta do largo' o 'volta do mar '. El "redescubrimiento" de las islas Azores en 1427 es simplemente un reflejo de la creciente importancia estratégica de las islas, ahora ubicadas en la ruta de regreso desde la costa occidental de África (llamadas secuencialmente "volta de Guiné" y "volta da Mina"). ; y las referencias al mar de los Sargazos (también llamado en la época 'Mar da Baga'), al oeste de las Azores , en 1436, revela la extensión occidental del camino de regreso. [7] Esto es necesario, a vela, para aprovechar los vientos del sudeste y del noreste lejos de la costa occidental de África, hasta las latitudes septentrionales donde los vientos del oeste llevarán a los marinos hacia las costas occidentales de Europa. [8]
El secretismo que rodeaba las navegaciones portuguesas, con pena de muerte por la filtración de mapas y rutas, concentró todos los registros sensibles en el Archivo Real, completamente destruido por el terremoto de Lisboa de 1775 . Sin embargo, el carácter sistemático de la campaña portuguesa, que cartografía las corrientes y los vientos del Atlántico, queda demostrado por la comprensión de las variaciones estacionales, con expediciones que zarpan en diferentes épocas del año y toman diferentes rutas para tener en cuenta los vientos predominantes estacionales. Esto sucede ya desde finales del siglo XV y principios del XVI: Bartolomeu Dias siguió la costa africana en su camino hacia el sur en agosto de 1487, mientras que Vasco da Gama tomaría una ruta por mar abierto desde la latitud de Sierra Leona , pasando 3 meses a la intemperie. mar del Atlántico Sur para aprovechar la desviación hacia el sur del suroeste en el lado brasileño (y la corriente brasileña que va hacia el sur) - Gama partió en julio de 1497); y Pedro Álvares Cabral , partiendo en marzo de 1500) tomó un arco aún mayor hacia el oeste, desde la latitud de Cabo Verde, evitando así el monzón de verano (que habría bloqueado la ruta seguida por Gama en el momento de zarpar). [9] Además, hubo expediciones sistemáticas que se adentraron en el Atlántico norte occidental (Teive, 1454; Vogado, 1462; Teles, 1474; Ulmo, 1486). [10] Los documentos relacionados con el suministro de barcos y el ordenamiento de las tablas de declinación del sol para el Atlántico sur ya en 1493-1496, [11] sugieren una actividad bien planificada y sistemática que tuvo lugar durante el período de una década entre Bartolomeu Dias encuentra el extremo sur de África y la partida de Gama; además, hay indicios de nuevos viajes de Bartolomeu Dias por la zona. [7] La consecuencia más significativa de este conocimiento sistemático fue la negociación del Tratado de Tordesillas en 1494, desplazando la línea de demarcación 270 leguas al oeste (de 100 a 370 leguas al oeste de las Azores), colocando lo que hoy es Brasil en la zona de dominación portuguesa. El conocimiento adquirido a partir de la exploración en mar abierto permitió largos períodos de navegación sin ver tierra, bien documentados, no por accidente sino como una ruta planificada predeterminada; por ejemplo, los 30 días de Bartolomeu Dias culminando en Mossel Bay , los 3 meses que Gama pasó en el Atlántico Sur para utilizar la corriente de Brasil (hacia el sur), o los 29 días que Cabral tardó desde Cabo Verde hasta desembarcar en Monte Pascoal , Brasil.
Se puede decir que la expedición danesa a Arabia de 1761-67 fue la primera expedición oceanográfica del mundo, ya que el barco Grønland llevaba a bordo a un grupo de científicos, entre ellos el naturalista Peter Forsskål , a quien el rey Federico V le asignó una tarea explícita para Estudiar y describir la vida marina en mar abierto, incluso encontrar la causa de los mareel , o mares lechosos. Para ello, la expedición estuvo equipada con redes y raspadores, diseñados específicamente para recolectar muestras de aguas abiertas y del fondo a gran profundidad. [12]
Aunque Juan Ponce de León en 1513 identificó por primera vez la Corriente del Golfo , y la corriente era bien conocida por los navegantes, Benjamín Franklin hizo el primer estudio científico de ella y le dio su nombre. Franklin midió la temperatura del agua durante varios cruces del Atlántico y explicó correctamente la causa de la Corriente del Golfo. Franklin y Timothy Folger imprimieron el primer mapa de la Corriente del Golfo en 1769-1770. [13] [14]
La información sobre las corrientes del Océano Pacífico fue recopilada por exploradores de finales del siglo XVIII, entre ellos James Cook y Louis Antoine de Bougainville . James Rennell escribió los primeros libros de texto científicos sobre oceanografía, detallando los flujos actuales de los océanos Atlántico e Índico . Durante un viaje alrededor del Cabo de Buena Esperanza en 1777, trazó un mapa de "las orillas y las corrientes de Lagullas " . También fue el primero en comprender la naturaleza de la corriente intermitente cerca de las Islas Sorlingas (ahora conocida como Corriente de Rennell). [15]
Sir James Clark Ross realizó el primer sondeo moderno en aguas profundas en 1840, y Charles Darwin publicó un artículo sobre los arrecifes y la formación de atolones como resultado del segundo viaje del HMS Beagle en 1831-1836. Robert FitzRoy publicó un informe en cuatro volúmenes sobre los tres viajes del Beagle . En 1841-1842, Edward Forbes emprendió un dragado en el mar Egeo que fundó la ecología marina.
Matthew Fontaine Maury , primer superintendente del Observatorio Naval de los Estados Unidos (1842-1861), dedicó su tiempo al estudio de la meteorología marina, la navegación y la cartografía de los vientos y corrientes predominantes. Su libro de texto de 1855 Geografía física del mar fue uno de los primeros estudios oceanográficos completos. Muchas naciones enviaron observaciones oceanográficas a Maury en el Observatorio Naval, donde él y sus colegas evaluaron la información y distribuyeron los resultados en todo el mundo. [dieciséis]
El conocimiento de los océanos permaneció confinado a las pocas brazas superiores del agua y a una pequeña parte del fondo, principalmente en zonas poco profundas. Casi nada se sabía de las profundidades del océano. Los esfuerzos de la Marina Real Británica por trazar mapas de todas las costas del mundo a mediados del siglo XIX reforzaron la vaga idea de que la mayor parte del océano era muy profunda, aunque se sabía poco más. A medida que la exploración encendió el interés tanto popular como científico en las regiones polares y África , también lo hicieron los misterios de los océanos inexplorados.
El acontecimiento fundamental en la fundación de la ciencia moderna de la oceanografía fue la expedición Challenger de 1872-1876 . Como primer crucero oceanográfico verdadero, esta expedición sentó las bases para toda una disciplina académica y de investigación. [17] En respuesta a una recomendación de la Royal Society , el gobierno británico anunció en 1871 una expedición para explorar los océanos del mundo y realizar investigaciones científicas apropiadas. Charles Wyville Thomson y Sir John Murray lanzaron la expedición Challenger . El Challenger , alquilado a la Royal Navy, fue modificado para trabajos científicos y equipado con laboratorios separados para historia natural y química . [18] Bajo la supervisión científica de Thomson, el Challenger viajó casi 70.000 millas náuticas (130.000 km) realizando estudios y exploraciones. En su viaje alrededor del mundo, [18] se realizaron 492 sondeos en aguas profundas, 133 dragas de fondo, 151 redes de arrastre en aguas abiertas y 263 observaciones seriadas de la temperatura del agua. [19] Se descubrieron alrededor de 4.700 nuevas especies de vida marina. El resultado fue el Informe de los resultados científicos del viaje de exploración del HMS Challenger durante los años 1873-1876 . Murray, que supervisó la publicación, describió el informe como "el mayor avance en el conocimiento de nuestro planeta desde los célebres descubrimientos de los siglos XV y XVI". Luego fundó la disciplina académica de oceanografía en la Universidad de Edimburgo , que siguió siendo el centro de investigación oceanográfica hasta bien entrado el siglo XX. [20] Murray fue el primero en estudiar las fosas marinas y, en particular, la Cordillera del Atlántico Medio , y mapear los depósitos sedimentarios en los océanos. Intentó trazar un mapa de las corrientes oceánicas del mundo basándose en observaciones de salinidad y temperatura, y fue el primero en comprender correctamente la naturaleza del desarrollo de los arrecifes de coral .
A finales del siglo XIX, otras naciones occidentales también enviaron expediciones científicas (al igual que individuos e instituciones privadas). El primer barco oceanográfico especialmente construido, el Albatros , se construyó en 1882. En 1893, Fridtjof Nansen permitió que su barco, el Fram , se congelara en el hielo del Ártico. Esto le permitió obtener datos oceanográficos, meteorológicos y astronómicos en un lugar estacionario durante un período prolongado.
En 1881, el geógrafo John Francon Williams publicó un libro fundamental, Geografía de los océanos . [21] [22] [23] Entre 1907 y 1911 Otto Krümmel publicó el Handbuch der Ozeanographie , que llegó a ser influyente en el despertar del interés público por la oceanografía. [24] La expedición de cuatro meses al Atlántico Norte de 1910 encabezada por John Murray y Johan Hjort fue el proyecto de investigación oceanográfica y zoológica marina más ambicioso jamás realizado hasta entonces, y condujo al libro clásico de 1912 Las profundidades del océano .
La primera medición acústica de la profundidad del mar se realizó en 1914. Entre 1925 y 1927, la expedición "Meteor" recopiló 70.000 mediciones de la profundidad del océano utilizando una ecosonda, examinando la Cordillera del Atlántico Medio.
En 1934, Easter Ellen Cupp , la primera mujer que obtuvo un doctorado (en Scripps) en los Estados Unidos, completó un importante trabajo sobre diatomeas [25] que siguió siendo la taxonomía estándar en este campo hasta mucho después de su muerte en 1999. En 1940, Cupp fue despedida de su puesto en Scripps. Sverdrup elogió específicamente a Cupp como una trabajadora concienzuda y trabajadora y comentó que su decisión no reflejaba su capacidad como científica. Sverdrup utilizó el puesto de instructor que Cupp dejó libre para contratar a Marston Sargent, un biólogo que estudia las algas marinas, lo que no era un programa de investigación nuevo en Scripps. Las presiones financieras no impidieron que Sverdrup contratara los servicios de otros dos jóvenes estudiantes postdoctorales, Walter Munk y Roger Revelle . La socia de Cupp, Dorothy Rosenbury, le encontró un puesto de profesora en la escuela secundaria, donde permaneció por el resto de su carrera. (Russell, 2000)
Sverdrup, Johnson y Fleming publicaron The Oceans en 1942, [26] , que fue un hito importante. The Sea (en tres volúmenes, que cubren oceanografía física, agua de mar y geología), editado por MN Hill, se publicó en 1962, mientras que la Encyclopedia of Oceanography de Rhodes Fairbridge se publicó en 1966.
La Gran Grieta Global, que corre a lo largo de la Cordillera del Atlántico Medio, fue descubierta por Maurice Ewing y Bruce Heezen en 1953 y cartografiada por Heezen y Marie Tharp utilizando datos batimétricos; En 1954, el Instituto Ártico de la URSS encontró una cadena montañosa bajo el Océano Ártico. La teoría de la expansión del fondo marino fue desarrollada en 1960 por Harry Hammond Hess . El Programa de Perforación Oceánica comenzó en 1966. Los respiraderos de aguas profundas fueron descubiertos en 1977 por Jack Corliss y Robert Ballard en el sumergible DSV Alvin .
En la década de 1950, Auguste Piccard inventó el batiscafo y utilizó el batiscafo de Trieste para investigar las profundidades del océano. El submarino nuclear estadounidense Nautilus realizó el primer viaje bajo el hielo hasta el Polo Norte en 1958. En 1962 se desplegó por primera vez la FLIP (Plataforma Flotante de Instrumentos), una boya de 355 pies (108 m).
En 1968, Tanya Atwater dirigió la primera expedición oceanográfica exclusivamente femenina. Hasta ese momento, las políticas de género restringían en gran medida la participación de las mujeres oceanógrafas en los viajes.
Desde la década de 1970, se ha hecho mucho hincapié en la aplicación de computadoras a gran escala a la oceanografía para permitir predicciones numéricas de las condiciones del océano y como parte de la predicción general del cambio ambiental. Las primeras técnicas incluían computadoras analógicas (como la computadora Ishiguro Storm Surge Computer ), generalmente reemplazadas ahora por métodos numéricos (por ejemplo, SLOSH ). Se estableció un conjunto de boyas oceanográficas en el Pacífico para permitir la predicción de eventos de El Niño .
En 1990 se inició el Experimento Mundial de Circulación Oceánica (WOCE), que continuó hasta 2002. Los datos cartográficos del fondo marino de Geosat estuvieron disponibles en 1995.
El estudio de los océanos es fundamental para comprender los cambios en el equilibrio energético de la Tierra junto con los cambios globales y regionales relacionados en el clima , la biosfera y la biogeoquímica . La atmósfera y el océano están vinculados debido a la evaporación y la precipitación , así como al flujo térmico (y la insolación solar ). Estudios recientes han avanzado en conocimientos sobre la acidificación de los océanos , el contenido de calor de los océanos , las corrientes oceánicas , el aumento del nivel del mar , el ciclo del carbono oceánico , el ciclo del agua , la disminución del hielo marino en el Ártico , el blanqueamiento de los corales , las olas de calor marinas , el clima extremo , la erosión costera y muchos otros fenómenos en con respecto al cambio climático en curso y las reacciones climáticas .
En general, comprender el océano mundial a través de más estudios científicos permite una mejor administración y utilización sostenible de los recursos de la Tierra. [27] La Comisión Oceanográfica Intergubernamental informa que el 1,7% del gasto total en investigación nacional de sus miembros se centra en las ciencias oceánicas. [28]
El estudio de la oceanografía se divide en estas cinco ramas:
La oceanografía biológica investiga la ecología y la biología de los organismos marinos en el contexto de las características físicas, químicas y geológicas de su entorno oceánico.
La oceanografía química es el estudio de la química del océano. Mientras que la oceanografía química se ocupa principalmente del estudio y la comprensión de las propiedades del agua de mar y sus cambios, la química oceánica se centra principalmente en los ciclos geoquímicos . El siguiente es un tema central investigado por la oceanografía química.
La acidificación de los océanos describe la disminución del pH del océano causada por las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono (CO 2 ) a la atmósfera . [29] El agua de mar es ligeramente alcalina y tenía un pH preindustrial de aproximadamente 8,2. Más recientemente, las actividades antropogénicas han aumentado constantemente el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera; alrededor del 30% al 40% del CO 2 agregado es absorbido por los océanos, formando ácido carbónico y reduciendo el pH (ahora por debajo de 8,1 [30] ) a través de la acidificación de los océanos. [31] [32] [33] Se espera que el pH alcance 7,7 para el año 2100. [34]
Un elemento importante para los esqueletos de los animales marinos es el calcio , pero el carbonato de calcio se vuelve más soluble con la presión, por lo que las conchas y los esqueletos de carbonato se disuelven por debajo de la profundidad de compensación de carbonato . [35] El carbonato de calcio se vuelve más soluble a un pH más bajo, por lo que es probable que la acidificación del océano afecte a los organismos marinos con conchas calcáreas, como ostras, almejas, erizos de mar y corales, [36] [37] y la profundidad de compensación de carbonato aumentará más cerca a la superficie del mar. Los organismos planctónicos afectados incluirán pterópodos , cocolitofóridos y foraminíferos , todos ellos importantes en la cadena alimentaria . En las regiones tropicales, es probable que los corales se vean gravemente afectados a medida que se vuelven menos capaces de construir sus esqueletos de carbonato de calcio, [38], lo que a su vez afecta negativamente a otros habitantes de los arrecifes . [34]
El ritmo actual de cambio en la química de los océanos parece no tener precedentes en la historia geológica de la Tierra, lo que no deja claro qué tan bien se adaptarán los ecosistemas marinos a las condiciones cambiantes del futuro cercano. [39] De particular preocupación es la manera en que la combinación de la acidificación con los factores estresantes adicionales esperados de temperaturas oceánicas más altas y niveles más bajos de oxígeno afectarán los mares. [40]
La oceanografía geológica es el estudio de la geología del fondo del océano, incluida la tectónica de placas y la paleoceanografía .
La oceanografía física estudia los atributos físicos del océano, incluida la estructura temperatura-salinidad, la mezcla, las olas superficiales , las olas internas, las mareas superficiales , las mareas internas y las corrientes . Los siguientes son temas centrales investigados por la oceanografía física.
Desde las primeras expediciones oceánicas en oceanografía, un interés importante fue el estudio de las corrientes oceánicas y las mediciones de temperatura. Las mareas , el efecto Coriolis , los cambios de dirección y fuerza del viento , la salinidad y la temperatura son los principales factores que determinan las corrientes oceánicas. La circulación termohalina (THC) ( termo- refiriéndose a la temperatura y -halina refiriéndose al contenido de sal ) conecta las cuencas oceánicas y depende principalmente de la densidad del agua del mar . Cada vez es más común referirse a este sistema como "circulación meridional de inversión" porque explica con mayor precisión otros factores determinantes más allá de la temperatura y la salinidad.
El contenido de calor oceánico (OHC) se refiere al calor adicional almacenado en el océano debido a los cambios en el equilibrio energético de la Tierra . El aumento del calor del océano juega un papel importante en el aumento del nivel del mar , debido a la expansión térmica . El calentamiento de los océanos representa el 90% de la acumulación de energía asociada con el calentamiento global desde 1971. [41] [42]
La paleoceanografía es el estudio de la historia de los océanos en el pasado geológico con respecto a la circulación, la química, la biología, la geología y los patrones de sedimentación y productividad biológica. Los estudios paleoceanográficos que utilizan modelos ambientales y diferentes indicadores permiten a la comunidad científica evaluar el papel de los procesos oceánicos en el clima global mediante la reconstrucción del clima pasado en varios intervalos. La investigación paleoceanográfica también está íntimamente ligada a la paleoclimatología.
Las primeras organizaciones internacionales de oceanografía se fundaron a principios del siglo XX, comenzando con el Consejo Internacional para la Exploración del Mar creado en 1902, seguido en 1919 por la Comisión Científica del Mediterráneo . Ya existían institutos de investigación marina, empezando por la Stazione Zoologica Anton Dohrn en Nápoles, Italia (1872), la Estación Biológica de Roscoff, Francia (1876), el Laboratorio Arago en Banyuls-sur-mer, Francia (1882), el Laboratorio de la Asociación de Biología Marina en Plymouth, Reino Unido (1884), Instituto Noruego de Investigaciones Marinas en Bergen, Noruega (1900), Laboratorio für internationale Meeresforschung, Kiel, Alemania (1902). Al otro lado del Atlántico, el Instituto Oceanográfico Scripps se fundó en 1903, seguido por el Instituto Oceanográfico Woods Hole en 1930, el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia en 1938, el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia en 1949 y más tarde la Escuela de Oceanografía de la Universidad de Washington . En Australia , el Instituto Australiano de Ciencias Marinas (AIMS), creado en 1972, pronto se convirtió en un actor clave en la investigación marina tropical.
En 1921 se creó el Buró Hidrográfico Internacional , denominado desde 1970 Organización Hidrográfica Internacional , para desarrollar normas de cartografía hidrográfica y náutica.
