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Punto anfidrómico

Figura 1. Componente de marea M 2 , cuya amplitud se indica mediante colores. Las líneas blancas son líneas cotidales espaciadas a intervalos de fase de 30° (un poco más de 1 hora). [1] Los puntos anfidrómicos son las áreas de color azul oscuro donde se unen las líneas.

Un punto anfidrómico , también llamado nodo de marea , es una ubicación geográfica donde hay poca o ninguna diferencia en la altura del mar entre la marea alta y la marea baja; tiene una amplitud de marea cero para un componente armónico de la marea . [2] El rango de marea (la amplitud de pico a pico , o la diferencia de altura entre la marea alta y la marea baja) para ese componente armónico aumenta con la distancia desde este punto, aunque no de manera uniforme. Como tal, el concepto de puntos anfidrómicos es crucial para comprender el comportamiento de las mareas. [3] El término deriva de las palabras griegas amphi ("alrededor") y dromos ("corriendo"), refiriéndose a las mareas rotatorias que circulan alrededor de puntos anfidrómicos. [4] Fue descubierto por primera vez por William Whewell , quien extrapoló las líneas cotidales de la costa del Mar del Norte y descubrió que las líneas deben encontrarse en algún punto. [5]

Los puntos anfidrómicos se producen porque la interferencia dentro de las cuencas oceánicas , mares y bahías, combinada con el efecto Coriolis , crea un patrón de olas, llamado sistema anfidrómico , que gira alrededor del punto anfidrómico. [3] [6] En los puntos anfidrómicos del componente de marea dominante , casi no hay cambio vertical en el nivel del mar debido a la acción de la marea; es decir, hay poca o ninguna diferencia entre la marea alta y la marea baja en estos lugares. Aún puede haber corrientes de marea ya que los niveles de agua a ambos lados del punto anfidrómico no son los mismos. Cada componente de marea periódica crea un sistema anfidrómico separado. [7]

En la mayoría de los lugares, la "línea semidiurna lunar principal" , conocida como M 2 , es el componente de marea más grande. Las líneas cotidales conectan puntos que alcanzan la marea alta al mismo tiempo y la marea baja al mismo tiempo. En la Figura 1, la marea baja se retrasa o adelanta por 1 hora y 2 minutos con respecto a sus líneas vecinas. Donde las líneas se encuentran hay anfidromas y la marea gira alrededor de ellos; por ejemplo, a lo largo de la costa chilena y desde el sur de México hasta Perú, la marea se propaga hacia el sur, mientras que desde Baja California hasta Alaska la marea se propaga hacia el norte.

Formación de puntos anfidrómicos

Las mareas se generan como resultado de la atracción gravitatoria del Sol y la Luna . [8] Esta atracción gravitatoria da como resultado una fuerza de marea que actúa sobre el océano . [8] El océano reacciona a esta fuerza externa generando, en particular relevantes para describir el comportamiento de las mareas, ondas de Kelvin y ondas de Poincaré (también conocidas como ondas de Sverdrup ). [8] Estas olas de marea pueden considerarse anchas, en relación con el radio de deformación de Rossby (~3000 km en el océano abierto [9] ), y poco profundas, ya que la profundidad del agua ( D , en promedio ~4 kilómetros de profundidad [10] ) en el océano es mucho menor (es decir, D / λ <1/20) que la longitud de onda ( λ ) que está en el orden de miles de kilómetros. [8] [11]

Figura 2. Resonancia entre una onda incidente y una reflejada y la onda total resultante. En ciertos puntos (nodos), la amplitud de la onda incidente y la onda reflejada se anulan mutuamente. En otros puntos (antinodos), la amplitud de la onda incidente y la onda reflejada se amplifican mutuamente. La distancia respectiva entre los nodos y los antinodos se muestra en la parte inferior derecha de la figura y se expresa en términos de longitud de onda.

En los océanos reales, las mareas no pueden propagarse infinitamente como ondas progresivas . Las ondas se reflejan debido a los cambios en la profundidad del agua (por ejemplo, al entrar en mares de plataforma ) y en los límites costeros. [8] El resultado es una onda reflejada que se propaga en la dirección opuesta a la onda incidente. La combinación de la onda reflejada y la onda incidente es la onda total. [12] Debido a la resonancia entre la onda reflejada y la onda incidente, la amplitud de la onda total puede suprimirse o amplificarse. [8] Los puntos en los que las dos ondas se amplifican entre sí se conocen como antinodos y los puntos en los que las dos ondas se cancelan entre sí se conocen como nodos . La figura 2 muestra un resonador de 1 ⁄ 4 λ. El primer nodo se encuentra a 1 ⁄ 4 λ de la onda total, seguido por el siguiente nodo que se repite 1 ⁄ 2 λ más lejos a 3 ⁄ 4 λ.

Una onda larga y progresiva que viaja en un canal sobre una Tierra en rotación se comporta de manera diferente a una onda que viaja a lo largo de un canal que no gira. Debido a la fuerza de Coriolis , el agua en el océano se desvía hacia la derecha en el hemisferio norte y viceversa en el hemisferio sur. [8] Este componente lateral del flujo debido a la fuerza de Coriolis causa una acumulación de agua que resulta en un gradiente de presión . [8] La pendiente resultante se desarrolla hasta que está en equilibrio con la fuerza de Coriolis; resultando en un equilibrio geostrófico . [13] Como resultado de este equilibrio geostrófico, se generan ondas de Kelvin (originalmente descritas por Lord Kelvin ) y ondas de Poincaré. La amplitud de una onda de Kelvin es más alta cerca de la costa y, cuando se considera una onda en el hemisferio norte, disminuye a medida que se aleja de su límite costero derecho. [9] La propagación de las ondas de Kelvin es siempre a lo largo de la costa y su amplificación cae de acuerdo con el radio de deformación de Rossby. [9] Por el contrario, las ondas de Poincaré pueden propagarse tanto a lo largo de la costa como una onda libre con un patrón de onda que se propaga, como transversalmente a la costa como una onda atrapada con un patrón de onda estacionaria . [14]

Canal infinitamente largo

En un canal infinitamente largo, que puede considerarse como una aproximación simplificada del océano Atlántico y el océano Pacífico , la marea se propaga como una onda incidente y reflexiva de Kelvin. La amplitud de las olas disminuye a medida que se alejan de la costa y en ciertos puntos en el medio de la cuenca, la amplitud de la ola total se vuelve cero. Además, la fase de la marea parece rotar alrededor de estos puntos de amplitud cero. Estos puntos se denominan puntos anfidrómicos. El sentido de rotación de la ola alrededor del punto anfidrómico es en la dirección de la fuerza de Coriolis; en sentido antihorario en el hemisferio norte y en el sentido horario en el hemisferio sur .

Cuenca semicerrada

En una cuenca semicerrada, como el Mar del Norte, las ondas de Kelvin, aunque son la onda de marea dominante que se propaga en dirección a lo largo de la costa, no pueden propagarse transversalmente a la costa, ya que dependen de la presencia de límites laterales o del ecuador . [9] Por lo tanto, las ondas de marea observadas transversalmente a la costa son predominantemente ondas de Poincaré. Las mareas observadas en una cuenca semicerrada son, por lo tanto, principalmente la suma de la onda de Kelvin incidente, la onda de Kelvin reflejada y la onda de Poincaré estacionaria transversal a la costa. En la Animación 2 se muestra una animación de la amplitud de la marea, las corrientes de marea y su comportamiento anfidrómico.

Posición de los puntos anfidrómicos

La Figura 2 muestra que el primer nodo de la ola total se encuentra en 1 ⁄ 4 λ con nodos recurrentes a intervalos de 1 ⁄ 2 λ. En una situación idealizada, los puntos anfidrómicos se pueden encontrar en la posición de estos nodos de la ola de marea total. [8] Al descuidar la fricción, la posición de los puntos anfidrómicos estaría en el medio de la cuenca, ya que la amplitud inicial y la caída de amplitud de la ola incidente y la ola reflejada son iguales, esto se puede ver en las Animaciones 1 y 2 [8] Sin embargo, las olas de marea en el océano están sujetas a la fricción del fondo marino y de la interacción con los límites costeros. Además, la variación en la profundidad del agua influye en el espaciamiento entre los puntos anfidrómicos. [8] [10]

En primer lugar, la distancia entre puntos anfidrómicos depende de la profundidad del agua: [8]

Donde g es la aceleración gravitacional , D es la profundidad del agua y T es el período de la ola.

Los puntos anfidrómicos de las zonas con menor profundidad de agua están más cerca entre sí a medida que disminuye la distancia del intervalo ( 1/2 λ) de los nodos. En segundo lugar, las pérdidas de energía debidas a la fricción en mares poco profundos y en los límites costeros dan lugar a ajustes adicionales del patrón de mareas. [15] Las olas de marea no se reflejan perfectamente, lo que da lugar a una pérdida de energía que provoca una ola reflejada más pequeña en comparación con la ola entrante. [8] En consecuencia, en el hemisferio norte, el punto anfidrómico se desplazará desde la línea central del canal hacia la izquierda de la dirección de la ola incidente. [8]

El grado de desplazamiento en el hemisferio norte para el primer anfidromo viene dado por: [8]

Donde γ es el desplazamiento del anfídrómico desde el centro del canal ( γ = 0), g es la aceleración gravitacional, D es la profundidad del agua, f es la frecuencia de Coriolis y α es la relación entre las amplitudes de la onda reflejada y la onda incidente. Debido a que la onda reflejada es más pequeña que la onda incidente, [8] α será menor que 1 y lnα será negativo. Por lo tanto, el desplazamiento anfídrómico γ está a la izquierda de la onda incidente en el hemisferio norte.

Además, un estudio ha demostrado que existe un patrón de movimiento anfidrómico relacionado con los ciclos de marea viva-muerta en el mar de Irlanda . [15] El desplazamiento máximo del anfidrómico desde el centro coincide con las mareas vivas , mientras que el mínimo ocurre en las mareas muertas . Durante las mareas vivas, se absorbe más energía de la ola de marea en comparación con las mareas muertas. Como resultado, el coeficiente de reflexión α es menor y el desplazamiento del punto anfidrómico desde el centro es mayor. Se espera un movimiento anfidrómico similar en otros mares donde la disipación de energía debido a la fricción es alta. [8]

Puede ocurrir que el punto anfidrómico se mueva hacia el interior del límite costero. [15] [16] [17] En este caso, la amplitud y la fase de la onda de marea seguirán rotando alrededor de un punto interior, lo que se denomina anfidrómico virtual o degenerado.

Puntos anfidrómicos y aumento del nivel del mar

La posición de los puntos anfidrómicos y su movimiento dependen predominantemente de la longitud de onda del maremoto y de la fricción. Como resultado del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero , los océanos del mundo están sujetos al aumento del nivel del mar . [18] [19] A medida que aumenta la profundidad del agua, aumentará la longitud de onda del maremoto. En consecuencia, la posición de los puntos anfidrómicos ubicados en 1 ⁄ 4 λ en sistemas semicerrados se alejará más del límite costero transversal. Además, los puntos anfidrómicos se alejarán más entre sí a medida que aumenta el intervalo de 1 ⁄ 2 λ. Este efecto será más pronunciado en mares poco profundos y regiones costeras, ya que el aumento relativo de la profundidad del agua debido al aumento del nivel del mar será mayor, en comparación con el océano abierto. Además, la cantidad de aumento del nivel del mar difiere por región. [20] Algunas regiones estarán sujetas a una mayor tasa de aumento del nivel del mar que otras regiones y los puntos anfidrómicos cercanos serán más susceptibles a cambiar de ubicación. Por último, el aumento del nivel del mar produce una menor fricción del fondo y, por lo tanto, una menor disipación de energía. [21] Esto hace que los puntos anfidrómicos se alejen de los límites costeros y se acerquen más al centro de su canal/cuenca.

En elMETRO2componente de marea

Según la Figura 1, existen los siguientes puntos anfidrómicos en sentido horario y antihorario:

Figura 3. Sistema anfidrómico del componente M 2 en el Mar del Norte . Las líneas de color azul claro son líneas de igual fase de marea para la marea vertical (elevación de la superficie) a lo largo de dicha línea, y los puntos anfidrómicos se indican con los números 1, 2 y 3.

Puntos anfidrómicos en el sentido de las agujas del reloj

Puntos anfidrómicos en sentido antihorario

Véase también

Referencias y notas

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