Una termoclina (también conocida como capa térmica o metalimnio en los lagos) es una capa distinta basada en la temperatura dentro de una gran masa de fluido (por ejemplo, agua , como en un océano o lago; o aire, por ejemplo, una atmósfera ) con un alto gradiente. de distintas diferencias de temperatura asociadas con la profundidad. En el océano , la termoclina divide la capa mixta superior de las tranquilas aguas profundas que se encuentran debajo. [1]
Dependiendo en gran medida de la estación , la latitud y la mezcla turbulenta por el viento , las termoclinas pueden ser una característica semipermanente de la masa de agua en la que ocurren, o pueden formarse temporalmente en respuesta a fenómenos como el calentamiento/enfriamiento radiativo del agua superficial. durante el día/noche. Los factores que afectan la profundidad y el espesor de una termoclina incluyen variaciones climáticas estacionales , latitud y condiciones ambientales locales, como mareas y corrientes .
La mayor parte de la energía térmica de la luz solar que incide sobre la Tierra se absorbe en los primeros centímetros en la superficie del océano, que se calienta durante el día y se enfría durante la noche a medida que la radiación pierde energía térmica en el espacio. Las olas mezclan el agua cerca de la capa superficial y distribuyen el calor a aguas más profundas, de modo que la temperatura puede ser relativamente uniforme en los 100 metros superiores (330 pies), dependiendo de la fuerza de las olas y la existencia de turbulencias en la superficie causadas por las corrientes. Debajo de esta capa mixta , la temperatura permanece relativamente estable durante los ciclos día/noche. La temperatura de las profundidades del océano desciende gradualmente con la profundidad. Como el agua salada no se congela hasta que alcanza los -2,3 °C (27,9 °F) (más fría a medida que aumentan la profundidad y la presión), la temperatura muy por debajo de la superficie no suele estar lejos de los cero grados. [2]
La termoclina varía en profundidad. Es semipermanente en los trópicos, variable en las regiones templadas y poco profundo o inexistente en las regiones polares, donde la columna de agua es fría desde la superficie hasta el fondo. [3] Una capa de hielo marino actuará como una manta aislante. Las primeras mediciones globales precisas se realizaron durante la expedición oceanográfica del HMS Challenger . [4]
En mar abierto, la termoclina se caracteriza por un gradiente negativo de velocidad del sonido , lo que hace que la termoclina sea importante en la guerra submarina porque puede reflejar el sonar activo y otras señales acústicas. Esto se debe a una discontinuidad en la impedancia acústica del agua creada por el cambio repentino de densidad.
En el buceo , a veces se puede observar una termoclina en la que la temperatura del agua desciende unos pocos grados centígrados de forma bastante repentina entre dos masas de agua, por ejemplo, cuando el agua ascendente más fría corre hacia una capa superficial de agua más cálida. Le da al agua una apariencia de vidrio arrugado, del tipo que se usa a menudo en las ventanas de los baños para oscurecer la vista, y es causado por la alteración del índice de refracción de la columna de agua fría o tibia. Estos mismos schlieren se pueden observar cuando el aire caliente se eleva desde la pista en los aeropuertos o en las carreteras desérticas y es la causa de los espejismos .
La termoclina en el océano puede variar en profundidad y fuerza según las estaciones. [3] Esto es particularmente notable en latitudes medias con una capa mixta más gruesa en invierno y una capa mixta más delgada en verano. [5] Las temperaturas más frías del invierno hacen que la termoclina descienda a mayores profundidades y las temperaturas más cálidas del verano devuelven la termoclina a la capa superior. En áreas alrededor de los trópicos y subtrópicos, la termoclina puede volverse incluso más delgada en el verano que en otros lugares. [5] En latitudes más altas, alrededor de los polos, hay más una termoclina estacional que permanente con aguas superficiales más cálidas. [5] Aquí es donde hay una capa dicotérmica.
En el hemisferio norte, las temperaturas máximas en la superficie ocurren durante agosto y septiembre y las temperaturas mínimas ocurren durante febrero y marzo, siendo el contenido de calor total más bajo en marzo. [5] Aquí es cuando la termoclina estacional comienza a reconstruirse después de haber sido descompuesta durante los meses más fríos.
Una termoclina permanente es aquella que no se ve afectada por la estación y se encuentra por debajo de la profundidad máxima de la capa de mezcla anual. [6]
También se pueden observar termoclinas en los lagos. En climas más fríos, esto conduce a un fenómeno llamado estratificación . Durante el verano, el agua cálida, que es menos densa, se asentará sobre agua más fría, más densa y más profunda, con una termoclina que las separa. La capa cálida se llama epilimnion y la capa fría se llama hipolimnion . Debido a que el agua tibia está expuesta al sol durante el día, existe un sistema estable y se produce muy poca mezcla de agua tibia y agua fría, particularmente en climas tranquilos.
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Un resultado de esta estabilidad es que a medida que avanza el verano, hay cada vez menos oxígeno debajo de la termoclina ya que el agua debajo de la termoclina nunca circula hacia la superficie y los organismos en el agua agotan el oxígeno disponible. A medida que se acerca el invierno, la temperatura del agua superficial descenderá a medida que el enfriamiento nocturno domine la transferencia de calor. Se alcanza un punto en el que la densidad del agua superficial que se enfría se vuelve mayor que la densidad del agua profunda y el vuelco comienza a medida que el agua superficial densa desciende bajo la influencia de la gravedad. Este proceso se ve favorecido por el viento o cualquier otro proceso (corrientes por ejemplo) que agite el agua. Este efecto también se produce en las aguas árticas y antárticas, llevando a la superficie agua que, aunque baja en oxígeno, tiene más nutrientes que el agua superficial original. Este enriquecimiento de nutrientes de la superficie puede producir floraciones de fitoplancton , haciendo que estas áreas sean productivas.
A medida que la temperatura continúa bajando, el agua en la superficie puede enfriarse lo suficiente como para congelarse y el lago/océano comienza a congelarse. Se desarrolla una nueva termoclina donde el agua más densa (4 °C (39 °F)) se hunde hasta el fondo y el agua menos densa (agua que se acerca al punto de congelación) sube a la superficie. Una vez que se establece esta nueva estratificación, dura hasta que el agua se calienta lo suficiente para el "recambio primaveral", que ocurre después de que el hielo se derrite y la temperatura del agua superficial aumenta a 4 °C. Durante esta transición, se puede desarrollar una barra térmica .
Pueden ocurrir ondas en la termoclina, lo que hace que la profundidad de la termoclina medida en un solo lugar oscile (generalmente como una forma de seiche ). Alternativamente, las olas pueden ser inducidas por el flujo sobre un fondo elevado, produciendo una onda termoclina que no cambia con el tiempo, pero varía en profundidad a medida que uno se mueve hacia o en contra del flujo.
Termoclina: gradiente basado en distintas diferencias de temperatura dentro de un cuerpo de materia similar. es decir, atmósfera, océano, lago, etc.
El límite térmico entre la troposfera (atmósfera inferior) y la estratosfera (atmósfera superior) es la termoclina. La temperatura generalmente disminuye con la altitud, pero el calor de la exposición diurna al sol se libera durante la noche, lo que puede crear una región cálida en el suelo con aire más frío arriba. Esto se conoce como inversión (otro ejemplo de termoclina). Al amanecer, la energía del sol calienta el suelo, lo que hace que el aire caliente se eleve, desestabilizando y eventualmente invirtiendo la capa de inversión. Este fenómeno se aplicó por primera vez al campo del estudio de la contaminación acústica en la década de 1960, contribuyendo al diseño de carreteras urbanas y barreras acústicas . [7]