En oceanografía , un frente es un límite entre dos masas de agua distintas . La formación de frentes depende de múltiples procesos físicos y pequeñas diferencias en estos dan lugar a una amplia gama de tipos de frentes. Pueden ser tan estrechos como unos pocos cientos de metros y tan anchos como varias decenas de kilómetros. [1] Si bien la mayoría de los frentes se forman y se disipan con relativa rapidez, algunos pueden persistir durante largos períodos de tiempo.
Tradicionalmente, los frentes oceánicos se han definido como el límite entre dos masas de agua distintas. [2] Sin embargo, el uso actual de datos satelitales permite una definición dinámica y de mayor resolución basada en la presencia de fuertes corrientes.
La definición histórica de frentes utilizando masas de agua , cuerpos de agua que difieren en propiedades físicas como temperatura y salinidad, se basó en datos de baja resolución obtenidos de cruceros de investigación. Como tomó mucho tiempo combinar estos datos, las posiciones de los frentes obtenidas dieron una vista promediada en el tiempo que mostraba solo la estructura a gran escala. Por ejemplo, en el Océano Austral , esto condujo a la definición de cinco frentes que se consideraron todos continuos y circumpolares, que alcanzaban grandes profundidades y estaban fuertemente influenciados por la batimetría . [3] Las masas de agua a cada lado de dichos frentes difieren en temperaturas , salinidades o densidades , junto con diferencias en otros marcadores oceanográficos. [2]
Desde la aparición de datos satelitales de alta resolución, se ha formado una visión diferente de los frentes oceánicos. Al medir continuamente la altura de la superficie del mar (SSH) en todo el mundo, se puede determinar la posición de fuertes corrientes o chorros asociados con los frentes oceánicos con una resolución espacial y temporal muy alta . [4] [5] De esta manera, se pueden analizar la variabilidad y las tendencias a corto plazo y relacionarlas con otras variaciones climatológicas, como El Niño - Oscilación del Sur . Usando este método, los frentes en el Océano Austral ya no son circumpolares y la cantidad de frentes depende de la ubicación y el tiempo. [4] [3]
Además de las definiciones físicas descritas anteriormente, también es posible separar los frentes utilizando una definición espacial. A nivel local, los frentes suelen determinarse utilizando un umbral de gradiente: la posición del frente se determina en función de dónde el gradiente espacial de una cantidad, como la altura de la superficie del mar o la temperatura, supera un cierto umbral. [3] Esto se asemeja a la definición dinámica de frentes de corrientes fuertes descrita anteriormente. Al definir frentes a escala global, a menudo se utilizan valores específicos de altura de la superficie del mar o temperatura, que se asemejan a la definición tradicional de masa de agua. [3]
El proceso de formación de frentes se denomina frontogénesis . En este proceso intervienen varios factores, entre ellos las corrientes oceánicas , el viento y las fuerzas de Coriolis . Por ejemplo, los vientos en dirección al ecuador a lo largo de la costa oeste o los vientos en dirección a los polos a lo largo de las costas este de los continentes pueden crear gradientes en el movimiento vertical. [6] Estos conducen a un flujo de Ekman y pueden conducir a la formación de frentes de surgencia. De manera similar, la intensificación inercial de las corrientes limítrofes occidentales ayuda a producir frentes de corrientes limítrofes occidentales. [6]
Las diferencias en la ubicación y los procesos de formación dan lugar a una amplia gama de tipos de frentes. A continuación, se describen varios tipos principales en función de la ubicación en la que se encuentran, pero aun así, estas definiciones pueden superponerse parcialmente.
Algunos de los frentes más fuertes que se pueden encontrar ocurren en los estuarios . [7] En estas regiones, la entrada del río dulce se encuentra con el agua de mar mucho más salina, formando fuertes gradientes de salinidad y dando lugar a la formación de un frente de salinidad. [8] [9] Una gran diferencia entre la mayoría de los otros frentes oceánicos es que los frentes estuarinos a menudo ocurren en una escala espacial más pequeña, lo que permite solo un efecto limitado de la fuerza de Coriolis y el movimiento geostrófico . [8] Como estos frentes no están en equilibrio inercial , necesitan una fuente constante de energía para sobrevivir, lo que explica su vida útil relativamente corta. [8] Por otro lado, esto también hace que estos frentes puedan formarse relativamente rápido en comparación con los frentes más grandes. [8]
Los frentes estuarinos se pueden dividir en dos categorías principales dependiendo del rango de profundidad en el que ocurren: frentes de superficie y frentes de fondo.
Los frentes en la superficie a menudo se pueden ver visualmente, por ejemplo, como una línea de espuma que se forma debido a la convergencia de las masas de agua , o cambios de color debido a diferencias en el transporte de sedimentos . [9] [8] [7] Esto último hace que los frentes estuarinos a menudo también puedan considerarse como frentes de turbidez , ya que los ríos pueden transportar una gran cantidad de sedimentos en suspensión . [9] Se pueden formar diferentes frentes superficiales estuarinos dependiendo de la influencia de las corrientes de marea .
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Otro grupo de frentes estuarinos es especialmente fuerte en el fondo del estuario. [7]
En los mares poco profundos de la plataforma continental se pueden formar dos tipos principales de frente dependiendo de los procesos que intervienen.
En verano, lejos de las fuentes de agua dulce, los mares templados de plataforma se separan en regiones estratificadas térmicamente , influenciadas por las diferencias en la flotabilidad de las capas, y regiones bien mezcladas verticalmente, que están fuertemente influenciadas por la mezcla de mareas. [18] Las regiones entre estas dos se denominan frentes de mezcla de mareas. [19] Esta mezcla generalmente se extiende solo hasta una profundidad de alrededor de 50 metros, o hasta 100 metros en algunos casos, [9] con gradientes de temperatura horizontales de típicamente 1 °C km −1 . [19] Los grandes gradientes de temperatura exhibidos por los frentes son claramente evidentes en las imágenes infrarrojas (IR) satelitales de la superficie del mar, lo que proporciona una forma útil de realizar un seguimiento de la posición de los frentes y seguir su evolución. [20]
Los frentes de ruptura de plataforma son el tipo frontal más común. Estos frentes están alineados con la ruptura de plataforma , el lugar donde la plataforma continental relativamente plana hace la transición hacia el talud continental más pronunciado , y están bajo la influencia de la mezcla impulsada principalmente por las mareas y el viento. [19] En estos lugares, el agua en la plataforma está separada del agua oceánica fuera de la plataforma. [18] A diferencia de, por ejemplo, los frentes de mezcla de mareas, estos frentes pueden considerarse como frentes de masas de agua , ya que separan dos masas de agua distintas: tierra adentro y mar adentro. Estos frentes siempre están asociados con una corriente bien definida . [9] Ejemplos de frentes de ruptura de plataforma ocurren en la ensenada del Atlántico Medio y el Golfo de Vizcaya .
Cerca de las zonas costeras , los vientos que soplan en paralelo a la costa pueden generar corrientes impulsadas por el viento que crean un transporte de Ekman que se aleja de la costa. [21] Esto aleja la masa de agua superior de la costa y conduce a un afloramiento de agua más fría desde la profundidad, [9] también denominado afloramiento costero . El contraste entre el agua fría de la profundidad y el agua superficial más cálida conduce a la formación de frentes de afloramiento costero. [21] Ejemplos de tales frentes ocurren frente a la costa de Washington - Oregón - California y Perú - Chile . [9]
En general, las fuertes corrientes llamadas corrientes limítrofes occidentales se forman en el límite oriental de los continentes. Estas fuertes corrientes pueden transportar masas de agua a una gran distancia, poniéndolas en contacto con masas de agua que tienen propiedades muy diferentes. Estas diferencias en las propiedades, junto con factores como la velocidad, causan gradientes muy fuertes entre las corrientes limítrofes occidentales y el agua circundante, lo que lleva a la formación de frentes de corrientes limítrofes occidentales. Estos frentes se encuentran entre los frentes más fuertes que se pueden observar y pueden extenderse muchos miles de kilómetros de longitud. [9] Ejemplos de tales frentes ocurren con la Corriente del Golfo , [22] Kuroshio [23] y las Corrientes de Agulhas . [24]
Además de las surgencias costeras, también se producen fuertes surgencias a lo largo del ecuador . En este caso, la fuerza de Coriolis es pequeña cerca del ecuador, ya que cambia de signo entre los hemisferios . Los vientos alisios del oeste provocan entonces un transporte de Ekman que aleja las aguas superficiales del ecuador en ambos hemisferios. El agua de afloramiento que reemplaza será más fría que las aguas superficiales circundantes, lo que crea nuevamente un fuerte gradiente vertical de temperatura que conduce a la formación de un frente. [2] Como la ubicación de los vientos alisios varía estacionalmente, la ubicación del frente de afloramiento ecuatorial también lo hace. [25] Este tipo de frente se puede encontrar principalmente en los océanos Atlántico y Pacífico . [9] En el océano Índico , sin embargo, estos frentes no son tan fuertes. [9] Esto probablemente se deba a la diferencia entre las cuencas oceánicas, ya que el océano Índico solo se extiende ligeramente hacia el norte del ecuador, mientras que las otras cuencas llegan hasta el polo norte . [9]
La región subtropical está rodeada de vientos que soplan hacia el este en latitudes más altas y vientos que soplan hacia el oeste en latitudes más bajas . El transporte de Ekman asociado con estos vientos en ambos casos dirige un flujo de agua hacia los subtrópicos , lo que lleva a la convergencia de agua más fría de las latitudes medias y aguas más cálidas de los trópicos aquí. [26] Esto lleva a la formación de un frente de convergencia subtropical. Como las masas de agua en ambos lados del frente tienen diferentes temperaturas, esto crea un fuerte gradiente de temperatura y hace que dichos frentes puedan verse como frentes térmicos . [27] Además, la acumulación de agua en esta región conduce a un ligero aumento del nivel del mar . Esto aumenta la presión sobre la columna de agua y da como resultado un hundimiento . [2] En algunos casos, esto puede sustentar a las comunidades marinas locales, ya que los organismos, como el sargazo , que flotan en las capas superiores del océano se moverán hacia el frente con el agua y permanecerán en las capas superiores cerca del frente. [28] Se pueden encontrar ejemplos de frentes de convergencia subtropicales en, entre otros, el mar de los Sargazos y el océano Pacífico norte , pero también en las partes meridionales de los océanos Atlántico , Índico y Pacífico . [9]
En los bordes del hielo marino se pueden generar dos tipos de frentes dependiendo de la profundidad a la que se produzcan. La principal diferencia entre estos dos surge por la liberación de sal durante la formación del hielo marino , llamada rechazo de salmuera . Esto genera una convección impulsada por la salinidad, llevando las aguas salinas a mayor profundidad. Durante el derretimiento del hielo marino , la salinidad en las aguas superficiales disminuye debido al aporte de agua dulce. Esto crea un frente de salinidad local entre las aguas más profundas, más salinas, y el agua de deshielo superficial, de baja salinidad. [9]
Los frentes de las capas superior e inferior pueden estar separados cuando las corrientes oceánicas golpean perpendicularmente al hielo, lo que ocurre a menudo, por ejemplo, en las bahías . [29] Sin embargo, por ejemplo en las penínsulas de hielo, la turbulencia lateral baja puede hacer que estos frentes coincidan. [29]
En general, se pueden encontrar ejemplos de frentes de zonas de hielo marginales en el mar de Labrador y Groenlandia , y en el océano Austral . [9]
En el océano Austral se produce un conjunto muy importante de frentes . Esta cuenca se caracteriza por la intensa corriente circumpolar antártica (ACC), que fluye hacia el este y es uno de los sistemas de corrientes más potentes de la Tierra. Además, las diferentes masas de agua que se encuentran en esta cuenca están asociadas a fuertes gradientes de densidad que llegan a gran profundidad y dan lugar a superficies isopicnas (planos de densidad constante) fuertemente inclinadas que se vuelven menos profundas hacia el sur. [30] En conjunto, estas dinámicas conducen a la formación de frentes fuertes y persistentes. Utilizando la definición tradicional de frentes, esta es la única cuenca oceánica en la que se pueden encontrar frentes circumpolares. Aun así, la estructura de los frentes alrededor de la Antártida se reorganiza varias veces, lo que conduce a la división de un solo frente en numerosos subfrentes más pequeños. [30]
Dentro de la ACC (de norte a sur), los frentes definidos son el Frente Subantártico (SAF), el Frente Polar Antártico (APF) y el Frente Sur de la ACC (SACCF). Sin embargo, al sur de estos tres frentes, se pueden definir dos frentes más: el Frente del Límite Sur (SBF) y el Frente de la Talud Antártico (ASF). El ASF se forma entre el agua de la plataforma cerca del continente antártico y el agua oceánica de alta mar, y por lo tanto también podría considerarse como un frente de ruptura de plataforma. [9] Sin embargo, en este caso, el frente está influenciado por un proceso adicional, a saber, los vientos catabáticos . Estos transportan aire de alta densidad desde una elevación más alta cuesta abajo bajo la fuerza de la gravedad y ayudan a mantener la corriente hacia el oeste sobre la plataforma y, por lo tanto, el frente. [30]
Los frentes son importantes en muchos aspectos. Algunos tipos de frentes, como los frentes de afloramiento y convergencia, son sitios de intercambio pronunciado entre el océano profundo y superficial y pueden catalizar la generación de remolinos de mesoescala y filamentos de submesoescala. [3] Los frentes de afloramiento pueden llevar nutrientes a la superficie y conducir al crecimiento del fitoplancton . Este crecimiento del fitoplancton puede a su vez sustentar a otros organismos marinos en el área. Algunos frentes crean puntos críticos de biodiversidad marina y procesos biogeoquímicos cuando inyectan macronutrientes de una masa de agua adyacente rica en nutrientes en una zona eufótica físicamente estable y limitada en nutrientes , lo que mejora la nueva producción primaria. [31] De hecho, los frentes del Océano Austral dividieron este Océano en una serie de zonas biofísicas distintas y, por lo tanto, una serie de hábitats distintos, que a su vez sustentan una biota distinta . [3] Debido a que las aguas costeras son generalmente más ricas en nutrientes que las aguas de alta mar, los frentes marinos de la plataforma a menudo marcan límites biogeoquímicos marcados. Sin embargo, la fuerte mezcla que ocurre en algunos frentes puede proporcionar nutrientes a la zona eufótica y mejorar la productividad . [18] El excedente de biomasa de carbono producida en los frentes puede exportarse hacia abajo, alimentando a comunidades pelágicas y bentónicas más profundas . El transporte descendente de biomasa de carbono es una vía importante en el ciclo global del carbono , particularmente en mares poco profundos donde parte del carbono orgánico particulado fijado por la fotosíntesis se acumula en los sedimentos del fondo . [31]
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