Un seiche ( / s eɪ ʃ / SAYSH ) es una onda estacionaria en un cuerpo de agua cerrado o parcialmente cerrado . Seiches y fenómenos relacionados con el seiche se han observado en lagos , embalses , piscinas , bahías , puertos , cuevas y mares . El requisito clave para la formación de un seiche es que la masa de agua esté al menos parcialmente limitada, permitiendo la formación de la onda estacionaria.
El término fue promovido por el hidrólogo suizo François-Alphonse Forel en 1890, quien fue el primero en realizar observaciones científicas del efecto en el lago Lemán . [1] Al parecer, la palabra se había utilizado durante mucho tiempo en la región para describir las oscilaciones en los lagos alpinos. Según Wilson (1972), [2] [3] esta palabra del dialecto francés suizo proviene de la palabra latina siccus que significa "seco", es decir, a medida que el agua retrocede, la playa se seca. La palabra francesa sec o sèche (seco) desciende del latín.
Los seiches en los puertos pueden ser causados por olas de período largo o de infragravedad , que se deben a la interacción de ondas subarmónicas no lineales con las olas del viento , teniendo períodos más largos que las olas generadas por el viento que las acompañan. [4]
Los seiches suelen ser imperceptibles a simple vista y es posible que los observadores en embarcaciones en la superficie no se den cuenta de que se está produciendo un seiche debido a los períodos extremadamente largos.
El efecto es causado por resonancias en una masa de agua que ha sido perturbada por uno o más factores, generalmente efectos meteorológicos (viento y variaciones de presión atmosférica), actividad sísmica o tsunamis . [5] La gravedad siempre busca restaurar la superficie horizontal de un cuerpo de agua líquida, ya que esta representa la configuración en la que el agua se encuentra en equilibrio hidrostático .
Se produce un movimiento armónico vertical, que produce un impulso que recorre la longitud de la cuenca a una velocidad que depende de la profundidad del agua. El impulso se refleja desde el final de la cuenca, generando interferencia. Las reflexiones repetidas producen ondas estacionarias con uno o más nodos o puntos que no experimentan movimiento vertical. La frecuencia de la oscilación está determinada por el tamaño de la cuenca, su profundidad y contornos, y la temperatura del agua.
El período natural más largo de un seiche es el período asociado con la resonancia fundamental de la masa de agua, correspondiente a la onda estacionaria más larga. Para un seiche superficial en un cuerpo de agua rectangular cerrado, esto se puede estimar utilizando la fórmula de Merian: [6] [7]
donde T es el período natural más largo, L y h son la longitud y profundidad promedio del cuerpo de agua, y g la aceleración de la gravedad . [8]
También se observan armónicos de orden superior. El período del segundo armónico será la mitad del período natural, el período del tercer armónico será un tercio del período natural, y así sucesivamente.
Se han observado seiches tanto en lagos como en mares. El requisito clave es que la masa de agua esté parcialmente restringida para permitir la formación de ondas estacionarias. No se requiere regularidad de la geometría; Incluso se observa habitualmente que los puertos con formas extremadamente irregulares oscilan con frecuencias muy estables.
Los seiches rítmicos bajos casi siempre están presentes en los lagos más grandes. Por lo general, son imperceptibles entre los patrones de olas comunes, excepto durante períodos de calma inusual. Los puertos , bahías y estuarios suelen ser propensos a pequeños seiches con amplitudes de unos pocos centímetros y períodos de unos pocos minutos.
Los estudios originales en el lago Lemán realizados por François-Alphonse Forel encontraron que el período longitudinal tiene un ciclo de 73 minutos y el seiche transversal tiene un período de alrededor de 10 minutos. [9] Otro lago muy conocido por sus seiches regulares es el lago Wakatipu de Nueva Zelanda , que varía la altura de su superficie en Queenstown en 20 centímetros en un ciclo de 27 minutos. Los seiches también pueden formarse en mares semicerrados; el Mar del Norte experimenta a menudo un seiche longitudinal con un período de aproximadamente 36 horas.
El Servicio Meteorológico Nacional emite avisos de estiaje para partes de los Grandes Lagos cuando es probable que se produzcan seiches de 2 pies o más. [10] El lago Erie es particularmente propenso a seiches causados por el viento debido a su poca profundidad y su alargamiento en un eje noreste-suroeste, que frecuentemente coincide con la dirección de los vientos predominantes y, por lo tanto, maximiza la alcance de esos vientos. Estos pueden provocar seiches extremos de hasta 5 metros (16 pies) entre los extremos del lago.
El efecto es similar a una marejada ciclónica como la causada por huracanes a lo largo de las costas oceánicas, pero el efecto seiche puede provocar oscilaciones de un lado a otro a lo largo del lago durante algún tiempo. En 1954, los restos del huracán Hazel acumularon agua a lo largo de la costa noroeste del lago Ontario , cerca de Toronto , provocando grandes inundaciones, y establecieron un seiche que posteriormente provocó inundaciones a lo largo de la costa sur.
Los seiches en los lagos pueden ocurrir muy rápidamente: el 13 de julio de 1995, un gran seiche en el lago Superior provocó que el nivel del agua cayera y luego volviera a subir tres pies (un metro) en quince minutos, dejando algunos barcos colgando de los muelles en sus amarres. líneas cuando el agua retrocedió. [11] El mismo sistema de tormentas que causó el seiche de 1995 en el Lago Superior produjo un efecto similar en el Lago Hurón , en el que el nivel del agua en Port Huron cambió 6 pies (1,8 m) en dos horas. [12] En el lago Michigan , ocho pescadores fueron arrastrados de los muelles en las playas de Montrose y North Avenue y se ahogaron cuando un seiche de 10 pies (3,0 m) golpeó el paseo marítimo de Chicago el 26 de junio de 1954. [13]
Los lagos en zonas sísmicamente activas, como el lago Tahoe en California / Nevada , corren un riesgo considerable de sufrir seiches. La evidencia geológica indica que las orillas del lago Tahoe pueden haber sido azotadas por seiches y tsunamis de hasta 10 metros (33 pies) de altura en tiempos prehistóricos, y los investigadores locales han pedido que el riesgo se tenga en cuenta en los planes de emergencia para la región. [14]
Los seiches generados por terremotos se pueden observar a miles de kilómetros de distancia del epicentro de un terremoto. Las piscinas son especialmente propensas a sufrir seiches causados por terremotos, ya que los temblores del suelo a menudo coinciden con las frecuencias de resonancia de pequeñas masas de agua. El terremoto de Northridge en California en 1994 provocó que las piscinas se desbordaran en todo el sur de California. El enorme terremoto del Viernes Santo que azotó Alaska en 1964 provocó seiches en piscinas en lugares tan lejanos como Puerto Rico . [15] El terremoto que azotó Lisboa, Portugal en 1755, también causó seiches 1.300 millas (2.100 km) más al norte en Loch Lomond, Loch Long, Loch Katrine y Loch Ness en Escocia , [16] y en canales en Suecia . El terremoto del Océano Índico de 2004 provocó seiches en masas de agua estancada en muchos estados de la India, así como en Bangladesh , Nepal y el norte de Tailandia . [17] Seiches se observaron nuevamente en Uttar Pradesh , Tamil Nadu y Bengala Occidental en la India , así como en muchos lugares de Bangladesh durante el terremoto de Cachemira de 2005 . [18]
Se sabe que el terremoto de Assam-Tíbet de 1950 generó seiches en lugares tan lejanos como Noruega y el sur de Inglaterra . Otros terremotos en el subcontinente indio que se sabe que generaron seiches incluyen los terremotos de Kumaon-Barahat de 1803, Allah Bund de 1819 , Bengala Central de 1842, Kangra de 1905, Dhubri de 1930, Nepal-Bihar de 1934, Bhuj de 2001, Nias de 2005 y la isla Teresa de 2005. El terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 produjo un seiche en el lago Pontchartrain , Luisiana , con una altura de alrededor de 0,5 pies. El terremoto de Sierra El Mayor de 2010 produjo grandes seiches que rápidamente se convirtieron en un fenómeno de Internet. [19]
Se observaron seiches de hasta al menos 1,8 m (6 pies) en Sognefjorden , Noruega , durante el terremoto de Tōhoku de 2011 en Japón. [20] [21]
Seiches se han observado en mares como el mar Adriático y el mar Báltico . Esto provoca la inundación de Venecia y San Petersburgo respectivamente, ya que ambas ciudades están construidas sobre antiguas zonas pantanosas. En San Petersburgo, las inundaciones provocadas por el seiche son comunes a lo largo del río Neva en otoño. El seiche es impulsado por una región de baja presión en el Atlántico Norte que se desplaza hacia la costa, dando lugar a mínimos ciclónicos en el Mar Báltico . La baja presión del ciclón atrae cantidades de agua mayores de lo normal hacia el Báltico, que prácticamente no tiene salida al mar. A medida que el ciclón continúa tierra adentro, en el Báltico se forman largas ondas seiche de baja frecuencia con longitudes de onda de hasta varios cientos de kilómetros. Cuando las olas alcanzan la estrecha y poco profunda bahía del Neva, se vuelven mucho más altas y, en última instancia, inundan los diques del Neva. [22] Fenómenos similares se observan en Venecia, lo que dio lugar al Proyecto MOSE , un sistema de 79 barreras móviles diseñadas para proteger las tres entradas a la Laguna de Venecia .
En Japón, se han observado seiches en la bahía de Nagasaki , con mayor frecuencia en primavera. Durante un evento seiche el 31 de marzo de 1979, se registró un desplazamiento del nivel del agua de 2,78 metros (9,1 pies) en la estación de mareas de Nagasaki; Se cree que el desplazamiento máximo en toda la bahía alcanzó los 4,70 metros (15,4 pies). Los seiches en el oeste de Kyushu , incluida la bahía de Nagasaki, a menudo son inducidos por una baja presión atmosférica que pasa al sur de la isla de Kyushu. [23] Los Seiches en la Bahía de Nagasaki tienen un período de aproximadamente 30 a 40 minutos. A nivel local, los seiches han provocado inundaciones, destruido instalaciones portuarias y dañado la pesquería: de ahí la palabra local para seiche, あびき( abiki ) , de 網引き( amibiki ) , que significa "el arrastre de una red de pesca".
En ocasiones, los tsunamis pueden producir seiches como resultado de peculiaridades geográficas locales. Por ejemplo, el tsunami que azotó Hawaii en 1946 tuvo un intervalo de quince minutos entre frentes de olas. El período de resonancia natural de Hilo Bay es de unos treinta minutos. Eso significaba que cada segunda ola estaba en sintonía con la bahía, creando un seiche. Como resultado, Hilo sufrió peores daños que cualquier otro lugar de Hawái, y el tsunami y el seiche combinados alcanzaron una altura de 26 pies (7,9 m) a lo largo del frente de la bahía, matando a 96 personas sólo en la ciudad. Las ondas Seiche pueden continuar durante varios días después de un tsunami.
Las ondas solitarias internas ( solitones ) generadas por las mareas pueden excitar seiches costeros en los siguientes lugares: Isla Magueyes en Puerto Rico, [24] [25] [26] Puerto Princesa en la isla Palawan, [27] Bahía Trincomalee en Sri Lanka, [28 ] [29] y en la Bahía de Fundy en el este de Canadá, donde los seiches causan algunas de las fluctuaciones de marea más altas registradas en el mundo. [30] Existe un mecanismo dinámico para la generación de seiches costeros por ondas internas de aguas profundas. Estas olas pueden generar una corriente suficiente en el borde de la plataforma para excitar los seiches costeros. [31]
Los seiches también se observan debajo de la superficie de cuerpos de agua confinados, actuando a lo largo de la termoclina . [32]
En analogía con la fórmula de Merian, el período esperado de la onda interna se puede expresar como: [33]
donde T es el período natural , L es la longitud de la masa de agua, los espesores medios de las dos capas separadas por estratificación (por ejemplo, epilimnion e hipolimnion ), las densidades de estas dos mismas capas y g la aceleración de la gravedad .
A medida que la termoclina sube y baja por el lecho inclinado de un lago, crea una "zona de lavado", donde las temperaturas pueden variar rápidamente, [34] afectando potencialmente el hábitat de los peces. A medida que la termoclina asciende por el lecho de un lago inclinado, también puede causar turbulencia bentónica por vuelco convectivo, mientras que la termoclina descendente experimenta una mayor estratificación y baja turbulencia en el lecho del lago. [35] [36] Las ondas internas también pueden degenerar en ondas internas no lineales en lechos de lagos inclinados. [37] Cuando estas ondas no lineales rompen en el lecho del lago, pueden ser una fuente importante de turbulencia y tienen el potencial de resuspensión de sedimentos [38]
El 19 de septiembre de 2022, se produjo un seiche de 1,2 metros (4 pies) en Devils Hole en el Parque Nacional Valle de la Muerte en los EE. UU. después de que un terremoto de magnitud 7,6 sacudiera el oeste de México , a unas 2.400 millas (1.500 millas) de distancia. También se observaron seiches en la cueva después de fuertes terremotos en 2012, 2018 y 2019. [39]
Los ingenieros consideran los fenómenos seiche en el diseño de obras de protección contra inundaciones (por ejemplo, la presa de San Petersburgo ), embalses y presas (por ejemplo, la presa Grand Coulee ), cuencas de almacenamiento de agua potable, puertos e incluso cuencas de almacenamiento de combustible nuclear gastado.
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General
Relación con los "monstruos" acuáticos