El océano es el cuerpo de agua salada que cubre aproximadamente el 70,8% de la Tierra . [8] En inglés , el término océano también se refiere a cualquiera de los grandes cuerpos de agua en los que se divide convencionalmente el océano mundial. [9] Los siguientes nombres describen cinco áreas diferentes del océano: Pacífico , Atlántico , Índico , Antártico/Austral y Ártico . [10] [11] El océano contiene el 97% del agua de la Tierra [8] y es el componente principal de la hidrosfera de la Tierra ; por lo tanto, el océano es esencial para la vida en la Tierra. El océano influye en los patrones climáticos y meteorológicos , el ciclo del carbono y el ciclo del agua al actuar como un enorme reservorio de calor .
Los científicos oceanográficos dividen el océano en zonas verticales y horizontales en función de las condiciones físicas y biológicas. La zona pelágica es la columna de agua del océano abierto desde la superficie hasta el fondo del océano. La columna de agua se divide a su vez en zonas según la profundidad y la cantidad de luz presente. La zona fótica comienza en la superficie y se define como "la profundidad a la que la intensidad de la luz es solo el 1% del valor de la superficie" [12] : 36 (aproximadamente 200 m en el océano abierto). Esta es la zona donde puede ocurrir la fotosíntesis . En este proceso, las plantas y las algas microscópicas ( fitoplancton flotante libre ) utilizan luz, agua, dióxido de carbono y nutrientes para producir materia orgánica. Como resultado, la zona fótica es la más biodiversa y la fuente del suministro de alimentos que sustenta la mayor parte del ecosistema oceánico . La fotosíntesis oceánica también produce la mitad del oxígeno en la atmósfera de la Tierra. [13] La luz solo puede penetrar unos pocos cientos de metros más; El resto del océano más profundo es frío y oscuro (estas zonas se denominan zonas mesopelágicas y afóticas ). La plataforma continental es donde el océano se encuentra con la tierra firme. Es más superficial, con una profundidad de unos pocos cientos de metros o menos. La actividad humana a menudo tiene impactos negativos en la vida marina dentro de la plataforma continental.
Las temperaturas del océano dependen de la cantidad de radiación solar que llega a la superficie del océano. En los trópicos, las temperaturas superficiales pueden elevarse a más de 30 °C (86 °F). Cerca de los polos donde se forma el hielo marino , la temperatura en equilibrio es de aproximadamente -2 °C (28 °F). En todas las partes del océano, las temperaturas del océano profundo varían entre -2 °C (28 °F) y 5 °C (41 °F). [14] La circulación constante de agua en el océano crea corrientes oceánicas . Esas corrientes son causadas por fuerzas que operan sobre el agua, como las diferencias de temperatura y salinidad, la circulación atmosférica (viento) y el efecto Coriolis . [15] Las mareas crean corrientes de marea, mientras que el viento y las olas causan corrientes superficiales. La corriente del Golfo , la corriente de Kuroshio , la corriente de Agulhas y la corriente circumpolar antártica son todas corrientes oceánicas importantes. Dichas corrientes transportan cantidades masivas de agua, gases, contaminantes y calor a diferentes partes del mundo, y desde la superficie hasta las profundidades del océano. Todo esto tiene repercusiones en el sistema climático global .
El agua del océano contiene gases disueltos, entre ellos oxígeno , dióxido de carbono y nitrógeno . En la superficie del océano se produce un intercambio de estos gases . La solubilidad de estos gases depende de la temperatura y la salinidad del agua. [16] La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera está aumentando debido a las emisiones de CO 2 , principalmente por la quema de combustibles fósiles . A medida que los océanos absorben CO 2 de la atmósfera , una mayor concentración conduce a la acidificación de los océanos (una caída del valor del pH ). [17]
El océano proporciona muchos beneficios a los seres humanos, como servicios ecosistémicos , acceso a mariscos y otros recursos marinos y un medio de transporte . Se sabe que el océano es el hábitat de más de 230.000 especies , pero puede albergar muchas más: tal vez más de dos millones de especies. [18] Sin embargo, el océano enfrenta muchas amenazas ambientales , como la contaminación marina, la sobrepesca y los efectos del cambio climático . Esos efectos incluyen el calentamiento de los océanos , la acidificación de los océanos y el aumento del nivel del mar . La plataforma continental y las aguas costeras son las más afectadas por la actividad humana.
Los términos "océano" o "mar" utilizados sin especificar se refieren al cuerpo interconectado de agua salada que cubre la mayor parte de la superficie de la Tierra. [10] [11] Incluye los océanos Pacífico , Atlántico , Índico , Antártico/Sur y Ártico . [19] Como término general, "océano" y "mar" suelen ser intercambiables. [20]
En sentido estricto, un "mar" es una masa de agua (generalmente una división del océano mundial) parcial o totalmente rodeada por tierra. [21] La palabra "mar" también se puede utilizar para muchos cuerpos de agua de mar específicos, mucho más pequeños, como el Mar del Norte o el Mar Rojo . No existe una distinción clara entre mares y océanos, aunque generalmente los mares son más pequeños y a menudo están parcialmente (como mares marginales ) o totalmente (como mares interiores ) bordeados por tierra. [22]
El concepto contemporáneo de Océano Mundial fue acuñado a principios del siglo XX por el oceanógrafo ruso Yuly Shokalsky para referirse al océano continuo que cubre y rodea la mayor parte de la Tierra. [23] [24] El cuerpo global e interconectado de agua salada a veces se denomina Océano Mundial, océano global o el gran océano . [25] [26] [27] El concepto de un cuerpo continuo de agua con un intercambio relativamente irrestricto entre sus componentes es fundamental en oceanografía . [28]
La palabra océano proviene de la figura de la antigüedad clásica , Oceanus ( / oʊˈs iːənəs / ; griego : Ὠκεανός Ōkeanós , [ 29] pronunciado [ ɔːkeanós] ) , el mayor de los Titanes en la mitología griega clásica . Los antiguos griegos y romanos creían que Oceanus era la personificación divina de un enorme río que rodeaba el mundo.
El concepto de Ōkeanós tiene una conexión indoeuropea . El Ōkeanós griego se ha comparado con el epíteto védico ā-śáyāna-, que se utiliza para referirse al dragón Vṛtra-, que capturó las vacas/ríos. En relación con esta noción, el Océano está representado con una cola de dragón en algunos vasos griegos antiguos. [30]
Los científicos creen que una cantidad considerable de agua habría estado presente en el material que formó la Tierra. [31] Las moléculas de agua habrían escapado a la gravedad de la Tierra con mayor facilidad cuando esta tenía menos masa durante su formación. Esto se denomina escape atmosférico .
Durante la formación planetaria , la Tierra posiblemente tuvo océanos de magma . Posteriormente, la desgasificación , la actividad volcánica y los impactos de meteoritos produjeron una atmósfera primitiva de dióxido de carbono , nitrógeno y vapor de agua , según las teorías actuales. Se cree que los gases y la atmósfera se acumularon durante millones de años. Después de que la superficie de la Tierra se hubiera enfriado significativamente, el vapor de agua con el tiempo se habría condensado, formando los primeros océanos de la Tierra. [32] Los océanos primitivos podrían haber sido significativamente más calientes que hoy y aparecer verdes debido al alto contenido de hierro. [33]
La evidencia geológica ayuda a limitar el marco temporal de la existencia de agua líquida en la Tierra. Una muestra de basalto almohadillado (un tipo de roca formada durante una erupción submarina) fue recuperada del Cinturón de Piedras Verdes de Isua y proporciona evidencia de que el agua existió en la Tierra hace 3.800 millones de años. [34] En el Cinturón de Piedras Verdes de Nuvvuagittuq , Quebec , Canadá, rocas datadas en 3.800 millones de años por un estudio [35] y 4.280 millones de años por otro [36] muestran evidencia de la presencia de agua en estas edades. [34] Si los océanos existieron antes de esto, cualquier evidencia geológica aún no se ha descubierto, o desde entonces ha sido destruida por procesos geológicos como el reciclaje de la corteza . Sin embargo, en agosto de 2020, los investigadores informaron que es posible que siempre haya habido agua suficiente para llenar los océanos en la Tierra desde el comienzo de la formación del planeta. [37] [38] [39] En este modelo, los gases atmosféricos de efecto invernadero impidieron que los océanos se congelaran cuando el Sol en formación tenía solo el 70% de su luminosidad actual . [40]
Se desconoce el origen de los océanos de la Tierra. Se cree que se formaron en el eón Hádico y que pudieron haber sido la causa del surgimiento de la vida .
La tectónica de placas , el repunte posglacial y el aumento del nivel del mar modifican continuamente la línea costera y la estructura de los océanos del mundo. Desde hace eones, existe un océano global de una forma u otra en la Tierra.
Desde su formación, el océano ha adoptado muchas condiciones y formas, con muchas divisiones oceánicas pasadas y, potencialmente, en ocasiones ha cubierto todo el globo. [41]
Durante los períodos climáticos más fríos, se forman más casquetes polares y glaciares, y una parte suficiente del suministro global de agua se acumula en forma de hielo para disminuir las cantidades en otras partes del ciclo del agua. Lo contrario sucede durante los períodos cálidos. Durante la última era glacial, los glaciares cubrían casi un tercio de la masa terrestre de la Tierra, con el resultado de que los océanos estaban unos 122 m (400 pies) más bajos que hoy. Durante el último "período cálido" global, hace unos 125.000 años, los mares estaban unos 5,5 m (18 pies) más altos que ahora. Hace unos tres millones de años, los océanos podrían haber estado hasta 50 m (165 pies) más altos. [42]
El océano entero, que contiene el 97% del agua de la Tierra, abarca el 70,8% de la superficie de la Tierra , [8] lo que lo convierte en el océano global de la Tierra u océano mundial . [23] [25] Esto hace que la Tierra, junto con su vibrante hidrosfera , sea un "mundo acuático" [43] [44] o " mundo oceánico ", [45] [46] particularmente en la historia temprana de la Tierra, cuando se cree que el océano posiblemente cubrió la Tierra por completo. [41] La forma del océano es irregular, dominando de manera desigual la superficie de la Tierra . Esto conduce a la distinción de la superficie de la Tierra en un hemisferio de agua y tierra , así como a la división del océano en diferentes océanos.
El agua de mar cubre aproximadamente 361.000.000 km² ( 139.000.000 millas cuadradas) y el polo más lejano de inaccesibilidad del océano , conocido como " Punto Nemo ", en una región conocida como cementerio de naves espaciales del Océano Pacífico Sur , a 48°52.6′S 123°23.6′O / 48.8767, -123.3933 (Punto Nemo) . Este punto está aproximadamente a 2.688 km (1.670 millas) de la tierra más cercana. [47]
Existen diferentes costumbres para subdividir el océano y se separan por cuerpos de agua más pequeños como mares , golfos , bahías , ensenadas y estrechos .
El océano se divide habitualmente en cinco océanos principales, que se enumeran a continuación en orden descendente de área y volumen:
El océano llena las cuencas oceánicas de la Tierra . Las cuencas oceánicas de la Tierra cubren diferentes provincias geológicas de la corteza oceánica de la Tierra, así como de la corteza continental . Como tal, cubre principalmente las cuencas estructurales de la Tierra , pero también las plataformas continentales .
En el medio del océano, el magma es empujado constantemente a través del lecho marino entre placas adyacentes para formar dorsales oceánicas y aquí las corrientes de convección dentro del manto tienden a separar las dos placas. Paralelamente a estas dorsales y más cerca de las costas, una placa oceánica puede deslizarse debajo de otra placa oceánica en un proceso conocido como subducción . Aquí se forman fosas profundas y el proceso está acompañado de fricción a medida que las placas se frotan entre sí. El movimiento se produce en sacudidas que causan terremotos, se produce calor y el magma es empujado hacia arriba creando montañas submarinas, algunas de las cuales pueden formar cadenas de islas volcánicas cerca de fosas profundas. Cerca de algunos de los límites entre la tierra y el mar, las placas oceánicas ligeramente más densas se deslizan debajo de las placas continentales y se forman más fosas de subducción. A medida que se frotan entre sí, las placas continentales se deforman y se doblan causando la formación de montañas y actividad sísmica. [57] [58]
Cada cuenca oceánica tiene una dorsal mesoceánica , que crea una larga cadena montañosa debajo del océano. Juntas forman el sistema global de dorsal mesoceánica que presenta la cordillera más larga del mundo. La cordillera continua más larga tiene 65.000 km (40.000 mi). Esta cordillera submarina es varias veces más larga que la cordillera continental más larga: los Andes . [59]
Los oceanógrafos afirman que se ha cartografiado menos del 20% de los océanos. [60] [ vago ]
La zona donde la tierra se encuentra con el mar se conoce como costa , y la parte entre las mareas vivas más bajas y el límite superior alcanzado por las olas que salpican es la orilla . Una playa es la acumulación de arena o guijarros en la orilla. [61] Un promontorio es un punto de tierra que sobresale en el mar y un promontorio más grande se conoce como cabo . La hendidura de una línea costera, especialmente entre dos promontorios, es una bahía , una bahía pequeña con una entrada estrecha es una ensenada y una bahía grande puede denominarse golfo . [ 62] Las líneas costeras están influenciadas por varios factores, incluida la fuerza de las olas que llegan a la orilla, el gradiente del margen terrestre, la composición y dureza de la roca costera, la inclinación de la pendiente marina y los cambios del nivel de la tierra debido a la elevación o sumersión local. [61]
Normalmente, las olas se desplazan hacia la costa a un ritmo de seis a ocho por minuto y se las conoce como olas constructivas, ya que tienden a mover material hacia la playa y tienen poco efecto erosivo. Las olas de tormenta llegan a la costa en rápida sucesión y se conocen como olas destructivas, ya que la resaca mueve el material de la playa hacia el mar. Bajo su influencia, la arena y la grava de la playa se trituran y desgastan. Alrededor de la marea alta, la fuerza de una ola de tormenta que impacta en el pie de un acantilado tiene un efecto destructor, ya que el aire en las grietas y hendiduras se comprime y luego se expande rápidamente con la liberación de presión. Al mismo tiempo, la arena y los guijarros tienen un efecto erosivo al ser arrojados contra las rocas. Esto tiende a socavar el acantilado y se producen procesos de meteorización normales , como la acción de las heladas, que causan más destrucción. Gradualmente, se desarrolla una plataforma cortada por las olas al pie del acantilado que tiene un efecto protector, reduciendo la erosión por las olas. [61]
El material que se desgasta de los márgenes de la tierra termina finalmente en el mar, donde sufre desgaste a medida que las corrientes que fluyen paralelas a la costa erosionan los canales y transportan arena y guijarros lejos de su lugar de origen. Los sedimentos que los ríos llevan al mar se depositan en el lecho marino, lo que provoca la formación de deltas en los estuarios. Todos estos materiales se mueven de un lado a otro bajo la influencia de las olas, las mareas y las corrientes. [61] El dragado elimina material y profundiza los canales, pero puede tener efectos inesperados en otras partes de la costa. Los gobiernos se esfuerzan por evitar las inundaciones de la tierra mediante la construcción de rompeolas , malecones , diques y otras defensas marinas. Por ejemplo, la barrera del Támesis está diseñada para proteger a Londres de una marejada ciclónica, [63] mientras que la falla de los diques y diques alrededor de Nueva Orleans durante el huracán Katrina creó una crisis humanitaria en los Estados Unidos.
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La mayor parte del océano es de color azul, pero en algunos lugares el océano es azul verdoso, verde o incluso amarillo a marrón. [64] El color azul del océano es el resultado de varios factores. Primero, el agua absorbe preferentemente la luz roja, lo que significa que la luz azul permanece y se refleja fuera del agua. La luz roja se absorbe más fácilmente y, por lo tanto, no alcanza grandes profundidades, generalmente a menos de 50 metros (164 pies). La luz azul, en comparación, puede penetrar hasta 200 metros (656 pies). [65] En segundo lugar, las moléculas de agua y las partículas muy pequeñas en el agua del océano dispersan preferentemente la luz azul más que la luz de otros colores. La dispersión de la luz azul por el agua y las partículas diminutas ocurre incluso en el agua del océano más clara, [66] y es similar a la dispersión de la luz azul en el cielo .
Las principales sustancias que afectan el color del océano incluyen materia orgánica disuelta , fitoplancton vivo con pigmentos de clorofila y partículas no vivas como nieve marina y sedimentos minerales . [67] La clorofila se puede medir mediante observaciones satelitales y sirve como un indicador de la productividad oceánica ( productividad primaria marina ) en aguas superficiales. En imágenes satelitales compuestas a largo plazo, las regiones con alta productividad oceánica aparecen en colores amarillo y verde porque contienen más fitoplancton (verde) , mientras que las áreas de baja productividad aparecen en azul.
El agua del océano representa la mayor masa de agua dentro del ciclo hidrológico global (los océanos contienen el 97% del agua de la Tierra ). La evaporación del océano mueve el agua hacia la atmósfera para luego llover de nuevo sobre la tierra y el océano. [68] Los océanos tienen un efecto significativo en la biosfera . Se cree que el océano en su conjunto cubre aproximadamente el 90% de la biosfera de la Tierra . [60] La evaporación oceánica , como fase del ciclo del agua, es la fuente de la mayor parte de las precipitaciones (alrededor del 90%), [68] causando una cobertura de nubes global del 67% y una cobertura de nubes oceánica constante del 72%. [69] Las temperaturas del océano afectan el clima y los patrones de viento que afectan la vida en la tierra. Una de las formas más dramáticas de clima ocurre sobre los océanos: los ciclones tropicales (también llamados "tifones" y "huracanes" según dónde se forme el sistema).
Como el océano del mundo es el componente principal de la hidrosfera de la Tierra , es parte integral de la vida en la Tierra, forma parte del ciclo del carbono y del ciclo del agua y, como un enorme reservorio de calor , influye en el clima y los patrones meteorológicos.
Los movimientos de la superficie del océano, conocidos como ondulaciones u olas de viento , son el ascenso y descenso parcial y alternativo de la superficie del océano. La serie de ondas mecánicas que se propagan a lo largo de la interfaz entre el agua y el aire se denomina oleaje , un término utilizado en navegación a vela , surf y navegación . [70] Estos movimientos afectan profundamente a los barcos en la superficie del océano y al bienestar de las personas en esos barcos que pueden sufrir mareos .
El viento que sopla sobre la superficie de un cuerpo de agua forma olas que son perpendiculares a la dirección del viento. La fricción entre el aire y el agua causada por una suave brisa en un estanque hace que se formen ondulaciones . Una ráfaga más fuerte que sopla sobre el océano causa olas más grandes a medida que el aire en movimiento empuja contra las crestas elevadas del agua. Las olas alcanzan su altura máxima cuando la velocidad a la que viajan casi coincide con la velocidad del viento. En aguas abiertas, cuando el viento sopla de forma continua como sucede en el hemisferio sur en los Rugientes Cuarenta , largas masas de agua organizadas llamadas oleaje ruedan a través del océano. [71] : 83–84 [72] [73] Si el viento amaina, la formación de olas se reduce, pero las olas ya formadas continúan viajando en su dirección original hasta que se encuentran con la tierra. El tamaño de las olas depende del alcance , la distancia que el viento ha soplado sobre el agua y la fuerza y duración de ese viento. Cuando las olas se encuentran con otras que vienen de diferentes direcciones, la interferencia entre las dos puede producir mares rotos e irregulares. [72]
La interferencia constructiva puede dar lugar a la formación de olas gigantes inusualmente altas . [74] La mayoría de las olas tienen menos de 3 m (10 pies) de altura [74] y no es inusual que las tormentas fuertes dupliquen o tripliquen esa altura. [75] Sin embargo, se han documentado olas gigantes a alturas superiores a los 25 metros (82 pies). [76] [77]
La parte superior de una ola se conoce como cresta, el punto más bajo entre las olas es el valle y la distancia entre las crestas es la longitud de onda. La ola es empujada a través de la superficie del océano por el viento, pero esto representa una transferencia de energía y no un movimiento horizontal del agua. A medida que las olas se acercan a la tierra y se mueven hacia aguas poco profundas , cambian su comportamiento. Si se acercan en ángulo, las olas pueden doblarse ( refracción ) o envolverse alrededor de rocas y promontorios ( difracción ). Cuando la ola alcanza un punto donde sus oscilaciones más profundas del agua entran en contacto con el fondo del océano , comienzan a disminuir su velocidad. Esto acerca las crestas y aumenta la altura de las olas , lo que se llama hundimiento de las olas . Cuando la relación entre la altura de la ola y la profundidad del agua aumenta por encima de cierto límite, se " rompe ", volcando en una masa de agua espumosa. [74] Esta se precipita en una lámina hacia la playa antes de retirarse al océano bajo la influencia de la gravedad. [78]
Los terremotos , las erupciones volcánicas u otras perturbaciones geológicas importantes pueden desencadenar olas que pueden dar lugar a tsunamis en zonas costeras que pueden ser muy peligrosos. [79] [80]
La superficie del océano es un punto de referencia importante para la oceanografía y la geografía, en particular como nivel medio del mar . La superficie del océano tiene una topografía globalmente escasa, pero medible , que depende de los volúmenes del océano.
La superficie del océano es una interfaz crucial para los procesos oceánicos y atmosféricos. Permite el intercambio de partículas, enriqueciendo el aire y el agua, así como los suelos al convertirse algunas partículas en sedimentos . Este intercambio ha fertilizado la vida en el océano, en la tierra y en el aire. Todos estos procesos y componentes juntos conforman los ecosistemas de la superficie del océano .
Las mareas son el ascenso y descenso regular del nivel del agua que experimentan los océanos, impulsados principalmente por las fuerzas gravitacionales de la Luna sobre la Tierra. Las fuerzas de marea afectan a toda la materia de la Tierra, pero solo los fluidos como el océano demuestran los efectos en escalas de tiempo humanas. (Por ejemplo, las fuerzas de marea que actúan sobre la roca pueden producir bloqueos de marea entre dos cuerpos planetarios). Aunque impulsadas principalmente por la gravedad de la Luna, las mareas oceánicas también están sustancialmente moduladas por las fuerzas de marea del Sol, por la rotación de la Tierra y por la forma de los continentes rocosos que bloquean el flujo de agua oceánica. (Las fuerzas de marea varían más con la distancia que la fuerza "base" de la gravedad: las fuerzas de marea de la Luna sobre la Tierra son más del doble de las del Sol, [81] a pesar de que este último tiene una fuerza gravitacional mucho más fuerte sobre la Tierra. Las fuerzas de marea de la Tierra sobre la Luna son 20 veces más fuertes que las fuerzas de marea de la Luna sobre la Tierra).
El efecto principal de las fuerzas de marea lunares es abultar la materia terrestre hacia los lados cercano y lejano de la Tierra, en relación con la Luna. Los lados "perpendiculares", desde los cuales la Luna aparece en línea con el horizonte local, experimentan "valles de marea". Dado que la Tierra tarda casi 25 horas en rotar bajo la Luna (lo que representa la órbita de 28 días de la Luna alrededor de la Tierra), las mareas se mueven en ciclos a lo largo de un período de 12,5 horas. Sin embargo, los continentes rocosos plantean obstáculos para las protuberancias de marea, por lo que el momento de los máximos de marea puede no coincidir con la Luna en la mayoría de las localidades de la Tierra, ya que los océanos se ven obligados a "esquivar" los continentes. El momento y la magnitud de las mareas varían ampliamente en la Tierra como resultado de los continentes. Por lo tanto, conocer la posición de la Luna no permite a un local predecir los tiempos de las mareas, sino que requiere tablas de mareas precalculadas que tengan en cuenta los continentes y el Sol, entre otros.
Durante cada ciclo de mareas, en un lugar determinado las aguas de marea suben hasta su altura máxima, la marea alta, antes de volver a bajar hasta el nivel mínimo, la marea baja. A medida que el agua retrocede, revela gradualmente la zona intermareal , también conocida como zona intermareal. La diferencia de altura entre la marea alta y la marea baja se conoce como rango de marea o amplitud de marea. [82] [83] Cuando el sol y la luna están alineados (luna llena o luna nueva), el efecto combinado da como resultado "mareas vivas" más altas, mientras que la desalineación del sol y la luna (medias lunas) da como resultado rangos de marea menores. [82]
En mar abierto, las amplitudes de marea son inferiores a 1 metro, pero en las zonas costeras estas amplitudes de marea aumentan a más de 10 metros en algunas áreas. [84] Algunas de las amplitudes de marea más grandes del mundo se encuentran en la bahía de Fundy y la bahía de Ungava en Canadá, alcanzando hasta 16 metros. [85] Otros lugares con amplitudes de marea récord incluyen el canal de Bristol entre Inglaterra y Gales, Cook Inlet en Alaska y el río Gallegos en Argentina. [86]
Las mareas no deben confundirse con las marejadas ciclónicas , que pueden ocurrir cuando vientos fuertes acumulan agua contra la costa en una zona poco profunda y esto, junto con un sistema de baja presión, puede elevar la superficie del océano dramáticamente por encima de una marea alta típica.
La profundidad media de los océanos es de unos 4 km. Más precisamente, la profundidad media es de 3.688 metros (12.100 pies). [72] Casi la mitad de las aguas marinas del mundo tienen más de 3.000 metros (9.800 pies) de profundidad. [27] El "océano profundo", que es cualquier superficie por debajo de los 200 metros (660 pies), cubre aproximadamente el 66% de la superficie de la Tierra. [87] Esta cifra no incluye los mares que no están conectados con el océano mundial, como el mar Caspio .
La región más profunda del océano se encuentra en la Fosa de las Marianas , ubicada en el océano Pacífico cerca de las Islas Marianas del Norte . [88] Se ha estimado que la profundidad máxima es de 10.971 metros (35.994 pies). El buque de guerra británico Challenger II inspeccionó la fosa en 1951 y nombró a la parte más profunda de la fosa " Challenger Deep ". En 1960, el Trieste llegó con éxito al fondo de la fosa, tripulado por una tripulación de dos hombres.
Los oceanógrafos clasifican el océano en zonas verticales y horizontales en función de las condiciones físicas y biológicas. La zona pelágica está formada por la columna de agua del océano abierto y se puede dividir en otras regiones clasificadas por abundancia de luz y profundidad.
Las zonas oceánicas se pueden agrupar según la penetración de la luz en (de arriba a abajo): la zona fótica, la zona mesopelágica y la zona afótica del océano profundo:
La parte pelágica de la zona afótica se puede dividir en regiones verticales según la profundidad y la temperatura: [89]
Se pueden trazar límites claros entre las aguas superficiales y profundas del océano en función de las propiedades del agua. Estos límites se denominan termoclinas (temperatura), haloclinas (salinidad), quimioclinas (química) y picnoclinas (densidad). Si una zona sufre cambios drásticos de temperatura con la profundidad, contiene una termoclina , un límite claro entre el agua superficial más cálida y el agua profunda más fría. En las regiones tropicales, la termoclina suele ser más profunda en comparación con las latitudes más altas. A diferencia de las aguas polares , donde la entrada de energía solar es limitada, la estratificación de la temperatura es menos pronunciada y a menudo no hay una termoclina clara. Esto se debe al hecho de que las aguas superficiales en latitudes polares son casi tan frías como las aguas más profundas. Por debajo de la termoclina, el agua en todas partes del océano es muy fría, oscilando entre -1 °C y 3 °C. Debido a que esta capa profunda y fría contiene la mayor parte del agua del océano, la temperatura media del océano mundial es de 3,9 °C. [90] Si una zona sufre cambios drásticos en la salinidad con la profundidad, contiene una haloclina . Si una zona sufre un fuerte gradiente químico vertical con la profundidad, contiene una quimioclina . La temperatura y la salinidad controlan la densidad del agua del océano. El agua más fría y salada es más densa, y esta densidad juega un papel crucial en la regulación de la circulación global del agua dentro del océano. [89] La haloclina a menudo coincide con la termoclina, y la combinación produce una picnoclina pronunciada , un límite entre el agua superficial menos densa y el agua profunda densa.
La zona pelágica se puede subdividir en dos subregiones en función de la distancia a la tierra: la zona nerítica y la zona oceánica . La zona nerítica cubre el agua directamente sobre las plataformas continentales , incluidas las aguas costeras . Por otro lado, la zona oceánica incluye todas las aguas completamente abiertas.
La zona litoral abarca la región entre la marea baja y la marea alta y representa la zona de transición entre las condiciones marinas y terrestres. También se la conoce como zona intermareal porque es el área donde el nivel de la marea afecta las condiciones de la región. [89]
El volumen combinado de agua en todos los océanos es de aproximadamente 1.335 mil millones de kilómetros cúbicos (1.335 sextillones de litros, 320,3 millones de millas cúbicas). [72] [91] [92]
Se ha estimado que hay 1.386 mil millones de kilómetros cúbicos (333 millones de millas cúbicas) de agua en la Tierra. [93] [94] [95] Esto incluye agua en forma gaseosa, líquida y congelada como humedad del suelo, agua subterránea y permafrost en la corteza terrestre (hasta una profundidad de 2 km); océanos y mares , lagos , ríos y arroyos , humedales , glaciares , hielo y cubierta de nieve en la superficie de la Tierra; vapor, gotitas y cristales en el aire; y parte de plantas vivas, animales y organismos unicelulares de la biosfera. El agua salada representa el 97,5% de esta cantidad, mientras que el agua dulce representa solo el 2,5%. De esta agua dulce, el 68,9% está en forma de hielo y cubierta de nieve permanente en el Ártico, la Antártida y los glaciares de montaña ; el 30,8% está en forma de agua subterránea dulce; y sólo el 0,3% del agua dulce de la Tierra se encuentra en lagos, embalses y sistemas fluviales de fácil acceso. [96]
La masa total de la hidrosfera de la Tierra es de aproximadamente 1,4 × 10 18 toneladas , lo que representa aproximadamente el 0,023% de la masa total de la Tierra. En un momento dado, aproximadamente 2 × 10 13 toneladas de esta se encuentran en forma de vapor de agua en la atmósfera de la Tierra (para efectos prácticos, 1 metro cúbico de agua pesa 1 tonelada). Aproximadamente el 71% de la superficie de la Tierra, un área de unos 361 millones de kilómetros cuadrados (139,5 millones de millas cuadradas), está cubierta por océano. La salinidad promedio de los océanos de la Tierra es de aproximadamente 35 gramos de sal por kilogramo de agua de mar (3,5%). [97]La temperatura de los océanos depende de la cantidad de radiación solar que incide sobre su superficie. En los trópicos, cuando el Sol está casi en lo alto, la temperatura de las capas superficiales puede alcanzar más de 30 °C (86 °F), mientras que cerca de los polos la temperatura en equilibrio con el hielo marino es de unos -2 °C (28 °F). En los océanos hay una circulación continua de agua. Las corrientes superficiales cálidas se enfrían a medida que se alejan de los trópicos, y el agua se vuelve más densa y se hunde. El agua fría se mueve de nuevo hacia el ecuador como una corriente marina profunda, impulsada por los cambios en la temperatura y la densidad del agua, antes de finalmente volver a brotar hacia la superficie. El agua de las profundidades oceánicas tiene una temperatura de entre -2 °C (28 °F) y 5 °C (41 °F) en todas las partes del planeta. [14]
El gradiente de temperatura sobre la profundidad del agua está relacionado con la forma en que el agua superficial se mezcla con agua más profunda o no se mezcla (la falta de mezcla se llama estratificación oceánica ). Esto depende de la temperatura: en los trópicos, la capa superficial cálida de unos 100 m es bastante estable y no se mezcla mucho con agua más profunda, mientras que cerca de los polos, el enfriamiento invernal y las tormentas hacen que la capa superficial sea más densa y se mezcle a gran profundidad y luego se estratifique nuevamente en verano. La profundidad fótica es típicamente de unos 100 m (pero varía) y está relacionada con esta capa superficial calentada. [98]
La temperatura y la salinidad de las aguas oceánicas varían significativamente en las distintas regiones. Esto se debe a las diferencias en el balance hídrico local ( precipitación vs. evaporación ) y a los gradientes de temperatura "mar-aire" . Estas características pueden variar ampliamente de una región oceánica a otra. La siguiente tabla ofrece una ilustración del tipo de valores que se encuentran habitualmente.
El agua de mar con una salinidad típica de 35‰ tiene un punto de congelación de aproximadamente -1,8 °C (28,8 °F). [89] [107] Debido a que el hielo marino es menos denso que el agua, flota en la superficie del océano (al igual que el hielo de agua dulce , que tiene una densidad aún menor). El hielo marino cubre aproximadamente el 7% de la superficie de la Tierra y aproximadamente el 12% de los océanos del mundo. [108] [109] [110] El hielo marino generalmente comienza a congelarse en la superficie, inicialmente como una película de hielo muy delgada. A medida que se produce una mayor congelación, esta película de hielo se espesa y puede formar capas de hielo . El hielo formado incorpora algo de sal marina , pero mucho menos que el agua de mar a partir de la cual se forma. Como el hielo se forma con baja salinidad, esto da como resultado agua de mar residual más salada. Esto a su vez aumenta la densidad y promueve el hundimiento vertical del agua. [111]
Una corriente oceánica es un flujo continuo y dirigido de agua de mar causado por varias fuerzas que actúan sobre el agua. Estas incluyen el viento , el efecto Coriolis , las diferencias de temperatura y salinidad . [15] Las corrientes oceánicas son principalmente movimientos de agua horizontales que tienen diferentes orígenes, como las mareas para las corrientes de marea, o el viento y las olas para las corrientes superficiales.
Las corrientes de marea están en fase con la marea , por lo tanto son cuasiperiódicas ; asociadas con la influencia de la atracción de la luna y el sol sobre el agua del océano. Las corrientes de marea pueden formar varios patrones complejos en ciertos lugares, más notablemente alrededor de los promontorios . [112] Las corrientes no periódicas o no mareales son creadas por la acción de los vientos y los cambios en la densidad del agua . En las zonas litorales , las olas rompientes son tan intensas y la medición de profundidad tan baja, que las corrientes marítimas alcanzan a menudo de 1 a 2 nudos . [113]
El viento y las olas crean corrientes superficiales (denominadas "corrientes de deriva"). Estas corrientes pueden descomponerse en una corriente cuasipermanente (que varía en escalas horarias) y un movimiento de deriva de Stokes bajo el efecto del movimiento rápido de las olas (que varía en escalas de tiempo de un par de segundos). La corriente cuasipermanente se acelera por la rotura de las olas y, en un efecto de menor influencia, por la fricción del viento en la superficie. [113]
Esta aceleración de la corriente se produce en la dirección de las olas y del viento dominante. En consecuencia, cuando la profundidad del océano aumenta, la rotación de la Tierra cambia la dirección de las corrientes en proporción al aumento de la profundidad, mientras que la fricción reduce su velocidad. A cierta profundidad del océano, la corriente cambia de dirección y se ve invertida en la dirección opuesta con la velocidad de la corriente haciéndose nula: conocida como espiral de Ekman . La influencia de estas corrientes se siente principalmente en la capa mixta de la superficie del océano, a menudo de 400 a 800 metros de profundidad máxima. Estas corrientes pueden cambiar considerablemente y dependen de las estaciones del año . Si la capa mixta es menos gruesa (10 a 20 metros), la corriente cuasipermanente en la superficie puede adoptar una dirección bastante diferente en relación con la dirección del viento. En este caso, la columna de agua se vuelve prácticamente homogénea por encima de la termoclina . [113]
El viento que sopla en la superficie del océano pondrá el agua en movimiento. El patrón global de vientos (también llamado circulación atmosférica ) crea un patrón global de corrientes oceánicas. Estas son impulsadas no solo por el viento sino también por el efecto de la circulación de la tierra ( fuerza de Coriolis ). Estas corrientes oceánicas principales incluyen la Corriente del Golfo , la Corriente de Kuroshio , la Corriente de Agulhas y la Corriente Circumpolar Antártica . La Corriente Circumpolar Antártica rodea la Antártida e influye en el clima de la zona, conectando corrientes en varios océanos. [113]
En conjunto, las corrientes mueven enormes cantidades de agua y calor alrededor del mundo, influyendo en el clima . Estas corrientes impulsadas por el viento se limitan en gran medida a los primeros cientos de metros del océano. A mayor profundidad, la circulación termohalina impulsa el movimiento del agua. Por ejemplo, la circulación meridional atlántica (CMA) es impulsada por el enfriamiento de las aguas superficiales en las latitudes polares del norte y el sur, creando agua densa que se hunde hasta el fondo del océano. Esta agua fría y densa se aleja lentamente de los polos , por lo que las aguas de las capas más profundas del océano mundial son tan frías. Esta circulación de agua oceánica profunda es relativamente lenta y el agua del fondo del océano puede estar aislada de la superficie oceánica y la atmósfera durante cientos o incluso unos pocos miles de años. [113] Esta circulación tiene impactos importantes en el sistema climático global y en la absorción y redistribución de contaminantes y gases como el dióxido de carbono , por ejemplo, al mover contaminantes de la superficie a las profundidades del océano.
Las corrientes oceánicas afectan en gran medida al clima de la Tierra al transferir calor desde los trópicos a las regiones polares . Esto afecta la temperatura del aire y las precipitaciones en las regiones costeras y más al interior. El calor superficial y los flujos de agua dulce crean gradientes de densidad global , que impulsan la circulación termohalina que es parte de la circulación oceánica a gran escala. Desempeña un papel importante en el suministro de calor a las regiones polares y, por lo tanto, en la regulación del hielo marino . [ cita requerida ]
Los océanos moderan el clima de los lugares donde soplan vientos predominantes provenientes del océano. En latitudes similares, un lugar de la Tierra con más influencia del océano tendrá un clima más moderado que un lugar con más influencia de la tierra. Por ejemplo, las ciudades de San Francisco (37,8 N) y Nueva York (40,7 N) tienen climas diferentes porque San Francisco tiene más influencia del océano. San Francisco, en la costa oeste de América del Norte, recibe vientos del oeste sobre el océano Pacífico . Nueva York, en la costa este de América del Norte, recibe vientos del oeste sobre la tierra, por lo que Nueva York tiene inviernos más fríos y veranos más cálidos y tempranos que San Francisco. Las corrientes oceánicas más cálidas producen climas más cálidos a largo plazo, incluso en latitudes altas. En latitudes similares, un lugar influenciado por corrientes oceánicas cálidas tendrá un clima más cálido en general que un lugar influenciado por corrientes oceánicas frías. [ cita requerida ]
Se cree que los cambios en la circulación termohalina tienen un impacto significativo en el balance energético de la Tierra . Debido a que la circulación termohalina determina la velocidad a la que las aguas profundas llegan a la superficie, también puede influir significativamente en las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono . Las observaciones modernas, las simulaciones climáticas y las reconstrucciones paleoclimáticas sugieren que la Circulación Meridional Atlántica (CMA) se ha debilitado desde la era preindustrial. Las últimas proyecciones de cambio climático en 2021 sugieren que es probable que la CMA se debilite aún más durante el siglo XXI. [114] : 19 Tal debilitamiento podría causar grandes cambios en el clima global, siendo el Atlántico Norte particularmente vulnerable. [114] : 19
La salinidad es una medida de la cantidad total de sales disueltas en el agua de mar . Originalmente se medía midiendo la cantidad de cloruro en el agua de mar y, por lo tanto, se denominaba clorinidad. Ahora es una práctica estándar medirla midiendo la conductividad eléctrica de la muestra de agua. La salinidad se puede calcular utilizando la clorinidad, que es una medida de la masa total de iones halógenos (incluye flúor, cloro, bromo y yodo) en el agua de mar. Según un acuerdo internacional, se utiliza la siguiente fórmula para determinar la salinidad: [116]
La clorinidad media del agua del océano es de aproximadamente 19,2‰ y, por lo tanto, la salinidad media es de alrededor de 34,7‰. [116]
La salinidad tiene una gran influencia en la densidad del agua de mar. Una zona de rápido aumento de salinidad con la profundidad se llama haloclina . A medida que aumenta el contenido de sal del agua de mar , también lo hace la temperatura a la que se produce su densidad máxima. La salinidad afecta tanto al punto de congelación como al de ebullición del agua, y el punto de ebullición aumenta con la salinidad. A presión atmosférica , [117] el agua de mar normal se congela a una temperatura de aproximadamente -2 °C.
La salinidad es mayor en los océanos de la Tierra donde hay más evaporación y menor donde hay más precipitaciones . Si la precipitación excede la evaporación, como es el caso en las regiones polares y algunas templadas , la salinidad será menor. La salinidad será mayor si la evaporación excede la precipitación, como es a veces el caso en las regiones tropicales . Por ejemplo, la evaporación es mayor que la precipitación en el mar Mediterráneo , que tiene una salinidad media de 38‰, más salina que el promedio mundial de 34,7‰. [118] Por lo tanto, las aguas oceánicas en las regiones polares tienen un contenido de salinidad menor que las aguas oceánicas en las regiones tropicales. [116] Sin embargo, cuando el hielo marino se forma en latitudes altas, la sal se excluye del hielo a medida que se forma, lo que puede aumentar la salinidad en el agua de mar residual en regiones polares como el océano Ártico . [89] [119]
Debido a los efectos del cambio climático en los océanos , las observaciones de la salinidad de la superficie del mar entre 1950 y 2019 indican que las regiones de alta salinidad y evaporación se han vuelto más salinas, mientras que las regiones de baja salinidad y más precipitaciones se han vuelto más frescas. [120] Es muy probable que los océanos Pacífico y Antártico/Austral se hayan enfriado mientras que el Atlántico se ha vuelto más salino. [120]
El agua del océano contiene grandes cantidades de gases disueltos, incluidos oxígeno , dióxido de carbono y nitrógeno . Estos se disuelven en el agua del océano a través del intercambio de gases en la superficie del océano, y la solubilidad de estos gases depende de la temperatura y la salinidad del agua. [16] Los cuatro gases más abundantes en la atmósfera y los océanos de la Tierra son nitrógeno, oxígeno, argón y dióxido de carbono. En el océano por volumen, los gases más abundantes disueltos en el agua de mar son dióxido de carbono (incluidos iones de bicarbonato y carbonato, 14 mL/L en promedio), nitrógeno (9 mL/L) y oxígeno (5 mL/L) en equilibrio a 24 °C (75 °F) [122] [123] [124] Todos los gases son más solubles (se disuelven más fácilmente) en agua más fría que en agua más cálida. Por ejemplo, cuando la salinidad y la presión se mantienen constantes, la concentración de oxígeno en el agua casi se duplica cuando la temperatura desciende de la de un día cálido de verano de 30 °C (86 °F) a la congelación de 0 °C (32 °F). De manera similar, los gases de dióxido de carbono y nitrógeno son más solubles a temperaturas más frías y su solubilidad cambia con la temperatura a diferentes velocidades. [122] [125]
La fotosíntesis en la superficie del océano libera oxígeno y consume dióxido de carbono. El fitoplancton , un tipo de alga microscópica que flota libremente, controla este proceso. Después de que las plantas han crecido, se consume oxígeno y se libera dióxido de carbono, como resultado de la descomposición bacteriana de la materia orgánica creada por la fotosíntesis en el océano. El hundimiento y la descomposición bacteriana de parte de la materia orgánica en las aguas oceánicas profundas, a profundidades donde las aguas están fuera de contacto con la atmósfera, conduce a una reducción de las concentraciones de oxígeno y al aumento de dióxido de carbono, carbonato y bicarbonato . [98] Este ciclo del dióxido de carbono en los océanos es una parte importante del ciclo global del carbono .
Los océanos representan un importante sumidero de carbono para el dióxido de carbono absorbido de la atmósfera por la fotosíntesis y por disolución (véase también secuestro de carbono ). También se presta cada vez más atención a la absorción de dióxido de carbono en hábitats marinos costeros como los manglares y las marismas . Este proceso se conoce a menudo como " carbono azul ". La atención se centra en estos ecosistemas porque son fuertes sumideros de carbono, así como hábitats ecológicamente importantes amenazados por las actividades humanas y la degradación ambiental .
A medida que el agua de las profundidades oceánicas circula por todo el planeta, contiene gradualmente menos oxígeno y gradualmente más dióxido de carbono a medida que pasa más tiempo fuera del aire en la superficie. Esta disminución gradual en la concentración de oxígeno ocurre a medida que la materia orgánica que se hunde se descompone continuamente durante el tiempo que el agua está fuera de contacto con la atmósfera. [98] La mayoría de las aguas profundas del océano aún contienen concentraciones relativamente altas de oxígeno suficientes para que la mayoría de los animales sobrevivan. Sin embargo, algunas áreas oceánicas tienen muy poco oxígeno debido a los largos períodos de aislamiento del agua de la atmósfera. Estas áreas deficientes en oxígeno, llamadas zonas de mínimo oxígeno o aguas hipóxicas , generalmente se verán empeoradas por los efectos del cambio climático en los océanos . [127] [128]
El valor del pH en la superficie de los océanos ( pH superficial medio global ) se encuentra actualmente aproximadamente en el rango de 8,05 [129] a 8,08. [130] Esto lo hace ligeramente alcalino . El valor del pH en la superficie solía ser de aproximadamente 8,2 durante los últimos 300 millones de años. [131] Sin embargo, entre 1950 y 2020, el pH promedio de la superficie del océano cayó de aproximadamente 8,15 a 8,05. [132] Las emisiones de dióxido de carbono de las actividades humanas son la causa principal de este proceso llamado acidificación de los océanos , con niveles de dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ) que superan las 410 ppm (en 2020). [133] El CO 2 de la atmósfera es absorbido por los océanos. Esto produce ácido carbónico (H 2 CO 3 ) que se disocia en un ion bicarbonato ( HCO−3) y un ion hidrógeno (H + ). La presencia de iones hidrógeno libres (H + ) reduce el pH del océano.
Existe un gradiente natural de pH en el océano que está relacionado con la descomposición de la materia orgánica en aguas profundas, lo que reduce lentamente el pH con la profundidad: el valor de pH del agua de mar es naturalmente tan bajo como 7,8 en aguas oceánicas profundas como resultado de la degradación de la materia orgánica allí. [134] Puede ser tan alto como 8,4 en aguas superficiales en áreas de alta productividad biológica . [98]
La definición de pH superficial medio global se refiere a la capa superior del agua del océano, hasta unos 20 o 100 m de profundidad. En comparación, la profundidad media del océano es de unos 4 km. El valor de pH a mayores profundidades (más de 100 m) aún no se ha visto afectado por la acidificación del océano de la misma manera. Hay una gran masa de agua más profunda donde todavía existe el gradiente natural de pH de 8,2 a aproximadamente 7,8 y llevará mucho tiempo acidificar estas aguas, e igualmente tiempo recuperarse de esa acidificación. Pero como la capa superior del océano (la zona fótica ) es crucial para su productividad marina, cualquier cambio en el valor de pH y la temperatura de la capa superior puede tener muchos efectos secundarios, por ejemplo, en la vida marina y las corrientes oceánicas (véase también los efectos del cambio climático en los océanos ). [98]
La cuestión clave en cuanto a la penetración de la acidificación oceánica es la forma en que el agua superficial se mezcla con el agua más profunda o no se mezcla (la falta de mezcla se denomina estratificación oceánica ). Esto a su vez depende de la temperatura del agua y, por lo tanto, es diferente entre los trópicos y las regiones polares (véase océano#Temperatura). [98]
Las propiedades químicas del agua de mar complican la medición del pH, y existen varias escalas de pH distintas en oceanografía química . [135] No existe una escala de pH de referencia universalmente aceptada para el agua de mar y la diferencia entre mediciones basadas en múltiples escalas de referencia puede ser de hasta 0,14 unidades. [136]
La alcalinidad es el equilibrio de bases (aceptores de protones) y ácidos (donadores de protones) en el agua de mar, o en cualquier agua natural. La alcalinidad actúa como un amortiguador químico , regulando el pH del agua de mar. Si bien hay muchos iones en el agua de mar que pueden contribuir a la alcalinidad, muchos de ellos se encuentran en concentraciones muy bajas. Esto significa que los iones de carbonato, bicarbonato y borato son los únicos contribuyentes significativos a la alcalinidad del agua de mar en el océano abierto con aguas bien oxigenadas. Los dos primeros de estos iones contribuyen con más del 95% de esta alcalinidad. [98]
La ecuación química de la alcalinidad en el agua de mar es:
El crecimiento del fitoplancton en las aguas superficiales de los océanos conduce a la conversión de algunos iones de bicarbonato y carbonato en materia orgánica. Parte de esta materia orgánica se hunde en las profundidades del océano, donde se descompone nuevamente en carbonato y bicarbonato. Este proceso está relacionado con la productividad oceánica o producción primaria marina . Por lo tanto, la alcalinidad tiende a aumentar con la profundidad y también a lo largo de la circulación termohalina global desde el Atlántico hasta el Pacífico y el océano Índico, aunque estos aumentos son pequeños. Las concentraciones varían en general solo en un pequeño porcentaje. [98] [134]
La absorción de CO2 de la atmósfera no afecta la alcalinidad del océano . [137] : 2252 Sin embargo, sí conduce a una reducción en el valor del pH (denominada acidificación del océano ). [133]
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Las aguas oceánicas contienen muchos elementos químicos en forma de iones disueltos. Los elementos disueltos en las aguas oceánicas tienen una amplia gama de concentraciones. Algunos elementos tienen concentraciones muy altas de varios gramos por litro, como el sodio y el cloruro , que juntos constituyen la mayoría de las sales oceánicas. Otros elementos, como el hierro , están presentes en concentraciones minúsculas de solo unos pocos nanogramos (10 −9 gramos) por litro. [116]
La concentración de cualquier elemento depende de su tasa de abastecimiento al océano y de su tasa de eliminación. Los elementos entran al océano desde los ríos, la atmósfera y los respiraderos hidrotermales . Los elementos se eliminan del agua del océano al hundirse y quedar enterrados en sedimentos o evaporarse a la atmósfera en el caso del agua y algunos gases. Al estimar el tiempo de residencia de un elemento, los oceanógrafos examinan el equilibrio entre la entrada y la eliminación. El tiempo de residencia es el tiempo promedio que el elemento permanecería disuelto en el océano antes de ser eliminado. Los elementos muy abundantes en el agua del océano, como el sodio, tienen altas tasas de entrada. Esto refleja una alta abundancia en rocas y una rápida erosión de las rocas, junto con una eliminación muy lenta del océano debido a que los iones de sodio son comparativamente poco reactivos y altamente solubles. En contraste, otros elementos como el hierro y el aluminio son abundantes en rocas pero muy insolubles, lo que significa que las entradas al océano son bajas y la eliminación es rápida. Estos ciclos representan parte del principal ciclo global de elementos que ha sucedido desde que se formó la Tierra. Se estima que los tiempos de residencia de los elementos muy abundantes en el océano son de millones de años, mientras que para los elementos altamente reactivos e insolubles, los tiempos de residencia son solo de cientos de años. [116]
Algunos elementos, como el nitrógeno , el fósforo , el hierro y el potasio , esenciales para la vida, son componentes principales del material biológico y se conocen comúnmente como " nutrientes ". El nitrato y el fosfato tienen tiempos de residencia en el océano de 10 000 [140] y 69 000 [141] años, respectivamente, mientras que el potasio es un ion mucho más abundante en el océano con un tiempo de residencia de 12 millones [142] de años. El ciclo biológico de estos elementos significa que esto representa un proceso de eliminación continuo de la columna de agua del océano a medida que el material orgánico en degradación se hunde en el fondo del océano como sedimento .
El fosfato de la agricultura intensiva y de las aguas residuales no tratadas se transporta a través de la escorrentía a los ríos y zonas costeras hasta el océano, donde se metaboliza. Finalmente, se hunde hasta el fondo del océano y ya no está disponible para los seres humanos como un recurso comercial. [143] La producción de fosfato de roca , un ingrediente esencial en los fertilizantes inorgánicos , [144] es un proceso geológico lento que ocurre en algunos de los sedimentos oceánicos del mundo, lo que hace que la apatita sedimentaria (fosfato) explotable sea un recurso no renovable (véase el pico de fósforo ). Esta pérdida continua de deposición neta de fosfato no renovable de las actividades humanas puede convertirse en un problema de recursos para la producción de fertilizantes y la seguridad alimentaria en el futuro. [145] [146]
La vida en el océano evolucionó 3.000 millones de años antes que la vida en la tierra. Tanto la profundidad como la distancia de la costa influyen fuertemente en la biodiversidad de las plantas y animales presentes en cada región. [148] La diversidad de vida en el océano es inmensa, e incluye:
La vida marina , vida marina o vida oceánica son las plantas , animales y otros organismos que viven en el agua salada de los mares u océanos, o en el agua salobre de los estuarios costeros . En un nivel fundamental, la vida marina afecta la naturaleza del planeta. Los organismos marinos, en su mayoría microorganismos , producen oxígeno y secuestran carbono . La vida marina, en parte, da forma y protege las costas, y algunos organismos marinos incluso ayudan a crear nueva tierra (por ejemplo, los arrecifes de coral ).
Las especies marinas varían en tamaño desde las microscópicas como el fitoplancton , que puede ser tan pequeño como 0,02 micrómetros , hasta enormes cetáceos como la ballena azul , el animal más grande conocido, que alcanza los 33 m (108 pies) de longitud. [150] [151] Se ha estimado de diversas maneras que los microorganismos marinos, incluidos los protistas y las bacterias y sus virus asociados , constituyen alrededor del 70% [152] o alrededor del 90% [153] [149] de la biomasa marina total . La vida marina se estudia científicamente tanto en biología marina como en oceanografía biológica . El término marino proviene del latín mare , que significa "mar" u "océano".
El océano ha estado vinculado a la actividad humana a lo largo de la historia. Estas actividades sirven para una amplia variedad de propósitos, entre ellos la navegación y la exploración , la guerra naval , los viajes, el transporte marítimo y el comercio , la producción de alimentos (por ejemplo , pesca , caza de ballenas , cultivo de algas , acuicultura ), el ocio ( cruceros , navegación a vela , pesca recreativa en embarcaciones , buceo ), la generación de energía (véase energía marina y energía eólica marina ), las industrias extractivas ( perforaciones marinas y minería en aguas profundas ), la producción de agua dulce mediante desalinización .
Many of the world's goods are moved by ship between the world's seaports.[159] Large quantities of goods are transported across the ocean, especially across the Atlantic and around the Pacific Rim.[160] Many types of cargo including manufactured goods, are typically transported in standard sized, lockable containers that are loaded on purpose-built container ships at dedicated terminals.[161] Containerization greatly boosted the efficiency and reduced the cost of shipping products by sea. This was a major factor in the rise of globalization and exponential increases in international trade in the mid-to-late 20th century.[162]
Oceans are also the major supply source for the fishing industry. Some of the major harvests are shrimp, fish, crabs, and lobster.[60] The biggest global commercial fishery is for anchovies, Alaska pollock and tuna.[163]: 6 A report by FAO in 2020 stated that "in 2017, 34 percent of the fish stocks of the world's marine fisheries were classified as overfished".[163]: 54 Fish and other fishery products from both wild fisheries and aquaculture are among the most widely consumed sources of protein and other essential nutrients. Data in 2017 showed that "fish consumption accounted for 17 percent of the global population's intake of animal proteins".[163] To fulfill this need, coastal countries have exploited marine resources in their exclusive economic zone. Fishing vessels are increasingly venturing out to exploit stocks in international waters.[164]
The ocean has a vast amount of energy carried by ocean waves, tides, salinity differences, and ocean temperature differences which can be harnessed to generate electricity.[165] Forms of sustainable marine energy include tidal power, ocean thermal energy and wave power.[165][166] Offshore wind power is captured by wind turbines placed out on the ocean; it has the advantage that wind speeds are higher than on land, though wind farms are more costly to construct offshore.[167] There are large deposits of petroleum, as oil and natural gas, in rocks beneath the ocean floor. Offshore platforms and drilling rigs extract the oil or gas and store it for transport to land.[168]
"Freedom of the seas" is a principle in international law dating from the seventeenth century. It stresses freedom to navigate the oceans and disapproves of war fought in international waters.[169] Today, this concept is enshrined in the United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS).[169]
The International Maritime Organization (IMO), which was ratified in 1958, is mainly responsible for maritime safety, liability and compensation, and has held some conventions on marine pollution related to shipping incidents. Ocean governance is the conduct of the policy, actions and affairs regarding the world's oceans.[170]
Human activities affect marine life and marine habitats through many negative influences, such as marine pollution (including marine debris and microplastics) overfishing, ocean acidification and other effects of climate change on oceans.
There are many effects of climate change on oceans. One of the main ones is an increase in ocean temperatures. More frequent marine heatwaves are linked to this. The rising temperature contributes to a rise in sea levels due to melting ice sheets. Other effects on oceans include sea ice decline, reducing pH values and oxygen levels, as well as increased ocean stratification. All this can lead to changes of ocean currents, for example a weakening of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC).[99] The main root cause of these changes are the emissions of greenhouse gases from human activities, mainly burning of fossil fuels. Carbon dioxide and methane are examples of greenhouse gases. The additional greenhouse effect leads to ocean warming because the ocean takes up most of the additional heat in the climate system.[172] The ocean also absorbs some of the extra carbon dioxide that is in the atmosphere. This causes the pH value of the seawater to drop.[173] Scientists estimate that the ocean absorbs about 25% of all human-caused CO2 emissions.[173]
The various layers of the oceans have different temperatures. For example, the water is colder towards the bottom of the ocean. This temperature stratification will increase as the ocean surface warms due to rising air temperatures.[174]: 471 Connected to this is a decline in mixing of the ocean layers, so that warm water stabilises near the surface. A reduction of cold, deep water circulation follows. The reduced vertical mixing makes it harder for the ocean to absorb heat. So a larger share of future warming goes into the atmosphere and land. One result is an increase in the amount of energy available for tropical cyclones and other storms. Another result is a decrease in nutrients for fish in the upper ocean layers. These changes also reduce the ocean's capacity to store carbon.[175] At the same time, contrasts in salinity are increasing. Salty areas are becoming saltier and fresher areas less salty.[176]
Warmer water cannot contain the same amount of oxygen as cold water. As a result, oxygen from the oceans moves to the atmosphere. Increased thermal stratification may reduce the supply of oxygen from surface waters to deeper waters. This lowers the water's oxygen content even more.[177] The ocean has already lost oxygen throughout its water column. Oxygen minimum zones are increasing in size worldwide.[174]: 471
These changes harm marine ecosystems, and this can lead to biodiversity loss or changes in species distribution.[99] This in turn can affect fishing and coastal tourism. For example, rising water temperatures are harming tropical coral reefs. The direct effect is coral bleaching on these reefs, because they are sensitive to even minor temperature changes. So a small increase in water temperature could have a significant impact in these environments. Another example is loss of sea ice habitats due to warming. This will have severe impacts on polar bears and other animals that rely on it. The effects of climate change on oceans put additional pressures on ocean ecosystems which are already under pressure by other impacts from human activities.[99]Marine pollution occurs when substances used or spread by humans, such as industrial, agricultural and residential waste, particles, noise, excess carbon dioxide or invasive organisms enter the ocean and cause harmful effects there. The majority of this waste (80%) comes from land-based activity, although marine transportation significantly contributes as well.[178] It is a combination of chemicals and trash, most of which comes from land sources and is washed or blown into the ocean. This pollution results in damage to the environment, to the health of all organisms, and to economic structures worldwide.[179] Since most inputs come from land, either via the rivers, sewage or the atmosphere, it means that continental shelves are more vulnerable to pollution. Air pollution is also a contributing factor by carrying off iron, carbonic acid, nitrogen, silicon, sulfur, pesticides or dust particles into the ocean.[180] The pollution often comes from nonpoint sources such as agricultural runoff, wind-blown debris, and dust. These nonpoint sources are largely due to runoff that enters the ocean through rivers, but wind-blown debris and dust can also play a role, as these pollutants can settle into waterways and oceans.[181] Pathways of pollution include direct discharge, land runoff, ship pollution, bilge pollution, atmospheric pollution and, potentially, deep sea mining.
The types of marine pollution can be grouped as pollution from marine debris, plastic pollution, including microplastics, ocean acidification, nutrient pollution, toxins and underwater noise. Plastic pollution in the ocean is a type of marine pollution by plastics, ranging in size from large original material such as bottles and bags, down to microplastics formed from the fragmentation of plastic material. Marine debris is mainly discarded human rubbish which floats on, or is suspended in the ocean. Plastic pollution is harmful to marine life.
Another concern is the runoff of nutrients (nitrogen and phosphorus) from intensive agriculture, and the disposal of untreated or partially treated sewage to rivers and subsequently oceans. These nitrogen and phosphorus nutrients (which are also contained in fertilizers) stimulate phytoplankton and macroalgal growth, which can lead to harmful algal blooms (eutrophication) which can be harmful to humans as well as marine creatures. Excessive algal growth can also smother sensitive coral reefs and lead to loss of biodiversity and coral health. A second major concern is that the degradation of algal blooms can lead to consumption of oxygen in coastal waters, a situation that may worsen with climate change as warming reduces vertical mixing of the water column.[182]
Many potentially toxic chemicals adhere to tiny particles which are then taken up by plankton and benthic animals, most of which are either deposit feeders or filter feeders. In this way, the toxins are concentrated upward within ocean food chains. When pesticides are incorporated into the marine ecosystem, they quickly become absorbed into marine food webs. Once in the food webs, these pesticides can cause mutations, as well as diseases, which can be harmful to humans as well as the entire food web. Toxic metals can also be introduced into marine food webs. These can cause a change to tissue matter, biochemistry, behavior, reproduction, and suppress growth in marine life. Also, many animal feeds have a high fish meal or fish hydrolysate content. In this way, marine toxins can be transferred to land animals, and appear later in meat and dairy products.Ocean protection serves to safeguard the ecosystems in the oceans upon which humans depend.[184][185] Protecting these ecosystems from threats is a major component of environmental protection. One of protective measures is the creation and enforcement of marine protected areas (MPAs). Marine protection may need to be considered within a national, regional and international context.[186] Other measures include supply chain transparency requirement policies, policies to prevent marine pollution, ecosystem-assistance (e.g. for coral reefs) and support for sustainable seafood (e.g. sustainable fishing practices and types of aquaculture). There is also the protection of marine resources and components whose extraction or disturbance would cause substantial harm, engagement of broader publics and impacted communities,[187] and the development of ocean clean-up projects (removal of marine plastic pollution). Examples of the latter include Clean Oceans International and The Ocean Cleanup.
In 2021, 43 expert scientists published the first scientific framework version that – via integration, review, clarifications and standardization – enables the evaluation of levels of protection of marine protected areas and can serve as a guide for any subsequent efforts to improve, plan and monitor marine protection quality and extents. Examples are the efforts towards the 30%-protection-goal of the "Global Deal For Nature"[188] and the UN's Sustainable Development Goal 14 ("life below water").[189][190]
In March 2023 a High Seas Treaty was signed. It is legally binding. The main achievement is the new possibility to create marine protected areas in international waters. By doing so the agreement now makes it possible to protect 30% of the oceans by 2030 (part of the 30 by 30 target).[191][192] The treaty has articles regarding the principle "polluter-pays", and different impacts of human activities including areas beyond the national jurisdiction of the countries making those activities. The agreement was adopted by the 193 United Nations Member States.[193]
The oceans occupy about 3.35×108 km2 of area. There are 377412 km of oceanic coastlines in the world.
As an approximation, the Arctic Ocean may be regarded as an estuary of the Atlantic Ocean.
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