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Temperatura del océano

Gráfico de diferentes termoclinas (profundidad versus temperatura del océano) según las estaciones y la latitud.

Varios factores hacen que la temperatura del océano varíe. Estos son profundidad, ubicación geográfica y temporada . Tanto la temperatura como la salinidad del agua del océano difieren. El agua superficial cálida es generalmente más salada que las aguas profundas o polares más frías. [1] En las regiones polares, las capas superiores de agua del océano son frías y frescas. [2] El agua de las profundidades del océano es agua fría y salada que se encuentra muy por debajo de la superficie de los océanos de la Tierra . Esta agua tiene una temperatura uniforme de alrededor de 0-3  °C. [3] La temperatura del océano también depende de la cantidad de radiación solar que cae sobre su superficie. En los trópicos, con el Sol casi encima, la temperatura de las capas superficiales puede elevarse a más de 30 °C (86 °F). Cerca de los polos, la temperatura en equilibrio con el hielo marino es de aproximadamente -2 °C (28 °F). Hay una circulación continua de agua en los océanos. La circulación termohalina (THC) forma parte de la circulación oceánica a gran escala . Está impulsado por gradientes de densidad global creados por el calor superficial y los flujos de agua dulce . [4] [5] Las corrientes superficiales cálidas se enfrían a medida que se alejan de los trópicos. Esto sucede cuando el agua se vuelve más densa y se hunde. Los cambios de temperatura y densidad hacen que el agua fría regrese al ecuador como una corriente marina profunda. Luego, finalmente, vuelve a brotar hacia la superficie.

La temperatura del océano como término se aplica a la temperatura del océano a cualquier profundidad. También puede aplicarse específicamente a las temperaturas del océano que no están cerca de la superficie. En este caso es sinónimo de "temperatura del océano profundo").

Está claro que los océanos se están calentando como resultado del cambio climático y este ritmo de calentamiento está aumentando. [6] : 9  [7] La ​​parte superior del océano (por encima de 700 m) se está calentando más rápido, pero la tendencia al calentamiento se extiende por todo el océano. En 2022, el océano global fue el más caliente jamás registrado por los humanos. [8]

Definición y tipos

Temperatura de la superficie del mar

Temperatura de la superficie del mar de 1979 a 2023 en la región entre 60 grados sur y 60 grados norte (los años más antiguos son azules, los años intermedios son blancos, los años más recientes son rojos).
La temperatura de la superficie del mar (SST), o temperatura de la superficie del océano, es la temperatura del océano cerca de la superficie. El significado exacto de superficie varía en la literatura y en la práctica. Suele estar entre 1 milímetro (0,04 pulgadas) y 20 metros (70 pies) por debajo de la superficie del mar . Las temperaturas de la superficie del mar modifican en gran medida las masas de aire de la atmósfera terrestre a poca distancia de la costa. Se pueden formar áreas locales de fuertes nevadas en bandas a favor del viento de masas de agua cálidas dentro de una masa de aire que de otro modo sería fría. Las temperaturas cálidas de la superficie del mar pueden desarrollarse y fortalecer los ciclones sobre el océano. Los expertos llaman a este proceso ciclogénesis tropical . Los ciclones tropicales también pueden provocar una estela fría. Esto se debe a la mezcla turbulenta de los 30 metros superiores (100 pies) del océano. La temperatura de la superficie del mar cambia durante el día. Es como el aire que está encima, pero en menor grado. Hay menos variación en la temperatura de la superficie del mar en los días ventosos que en los días tranquilos. Las corrientes oceánicas , como la Oscilación Multidecadal del Atlántico , pueden afectar las temperaturas de la superficie del mar durante varias décadas. [9] La circulación termohalina tiene un impacto importante en la temperatura promedio de la superficie del mar en la mayoría de los océanos del mundo.

Temperatura del océano profundo

Los expertos se refieren a la temperatura que se encuentra más por debajo de la superficie como "temperatura del océano" o "temperatura del océano profundo". Las temperaturas del océano a más de 20 metros bajo la superficie varían según la región y la época. Contribuyen a las variaciones en el contenido de calor del océano y a su estratificación . [10] El aumento tanto de la temperatura de la superficie del océano como de la temperatura del océano más profundo es un efecto importante del cambio climático en los océanos . [10]

Agua de océano profundo es el nombre que se le da al agua fría y salada que se encuentra en las profundidades de la superficie de los océanos de la Tierra . El agua de las profundidades del océano constituye aproximadamente el 90% del volumen de los océanos. El agua de las profundidades del océano tiene una temperatura muy uniforme de alrededor de 0-3  °C. Su salinidad es aproximadamente del 3,5% o 35 ppt (partes por mil). [3]

Relevancia

La temperatura del océano y las concentraciones de oxígeno disuelto tienen una gran influencia en muchos aspectos del océano. Estos dos parámetros clave afectan la productividad primaria del océano , el ciclo del carbono oceánico , los ciclos de nutrientes y los ecosistemas marinos . [11] Trabajan en conjunto con la salinidad y la densidad para controlar una variedad de procesos. Estos incluyen la mezcla versus la estratificación, las corrientes oceánicas y la circulación termohalina.

Contenido de calor del océano

Los expertos calculan el contenido de calor del océano utilizando las temperaturas del océano a diferentes profundidades.

Ha habido un aumento en el contenido de calor de los océanos durante las últimas décadas a medida que los océanos absorben la mayor parte del exceso de calor creado por el calentamiento global inducido por el hombre . [12]

El contenido de calor del océano (OHC) es la energía absorbida y almacenada por los océanos . Para calcular el contenido de calor del océano, es necesario medir la temperatura del océano en muchos lugares y profundidades diferentes. La integración de la densidad de área del calor del océano sobre una cuenca oceánica o un océano entero da el contenido total de calor del océano. [13] Entre 1971 y 2018, el aumento del contenido de calor de los océanos representó más del 90% del exceso de energía térmica de la Tierra procedente del calentamiento global . [14] [15] El principal impulsor de este aumento fue el forzamiento antropogénico a través del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero . [16] : 1228  Para 2020, aproximadamente un tercio de la energía agregada se había propagado a profundidades inferiores a 700 metros. [17] [18] En 2023, los océanos del mundo volvieron a ser los más calientes del récord histórico y superaron el máximo récord anterior de 2022. [19] Las cinco observaciones de calor oceánico más alto a una profundidad de 2000 metros ocurrieron en el período 2019-2023. El Pacífico Norte, el Atlántico Norte, el Mediterráneo y el Océano Austral registraron sus observaciones de calor más altas en más de sesenta años de mediciones globales. [20] El contenido de calor del océano y el aumento del nivel del mar son indicadores importantes del cambio climático . [21]

El agua del océano absorbe la energía solar de manera eficiente. Tiene una capacidad calorífica mucho mayor que los gases atmosféricos. [17] Como resultado, los pocos metros superiores del océano contienen más energía térmica que toda la atmósfera de la Tierra . [22] Desde antes de 1960, los buques y estaciones de investigación han tomado muestras de las temperaturas de la superficie del mar y las temperaturas a mayor profundidad en todo el mundo. Desde el año 2000, una red en expansión de casi 4.000 flotadores robóticos Argo ha medido anomalías de temperatura, o el cambio en el contenido de calor del océano. Con la mejora de la observación en las últimas décadas, se ha analizado que el contenido de calor de la parte superior del océano ha aumentado a un ritmo acelerado. [23] [24] [25] La tasa neta de cambio en los 2000 metros superiores de 2003 a 2018 fue+0,58 ± 0,08 W/m 2 (o ganancia de energía media anual de 9,3  zettajulios ). Sigue siendo un desafío medir las temperaturas durante períodos prolongados con suficiente precisión y cubriendo suficientes áreas y profundidades. Esto da lugar a la incertidumbre en las cifras. [21]

Mediciones

Hay varias formas de medir la temperatura del océano. [26] Debajo de la superficie del mar, es importante hacer referencia a la profundidad específica de medición, así como medir la temperatura general. La razón es que hay mucha variación con las profundidades. Este es especialmente el caso durante el día. En este momento, la baja velocidad del viento y mucha luz solar pueden provocar la formación de una capa cálida en la superficie del océano y grandes cambios de temperatura a medida que se profundiza. Los expertos llaman a estos fuertes gradientes verticales de temperatura diurnos termoclina diurna. [27]

La técnica básica consiste en bajar un dispositivo para medir la temperatura y otros parámetros electrónicamente. Este dispositivo se llama CTD , que significa conductividad, temperatura y profundidad. [28] Envía continuamente los datos al barco a través de un cable conductor. Este dispositivo suele estar montado en un marco que incluye botellas de muestreo de agua. Desde la década de 2010, los vehículos autónomos, como planeadores o minisumergibles, están cada vez más disponibles. Llevan los mismos sensores CTD, pero funcionan independientemente de un barco de investigación.

Los científicos pueden implementar sistemas CTD desde barcos de investigación en planeadores de amarre e incluso en focas. [29] En los barcos de investigación los datos se reciben a través del cable conductor. Para los demás métodos utilizan la telemetría .

Hay otras formas de medir la temperatura de la superficie del mar. [30] En esta capa cercana a la superficie, las mediciones son posibles utilizando termómetros o satélites con espectroscopía. Los satélites meteorológicos han estado disponibles para determinar este parámetro desde 1967. Los científicos crearon los primeros compuestos globales durante 1970. [31]

El radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR) se utiliza ampliamente para medir la temperatura de la superficie del mar desde el espacio. [26] : 90 

Existen varios dispositivos para medir la temperatura del océano a diferentes profundidades. Entre ellos se incluyen la botella de Nansen , el batitermógrafo , el CTD o la tomografía acústica oceánica . Las boyas amarradas y a la deriva también miden la temperatura de la superficie del mar. Algunos ejemplos son los implementados por el Programa Global Drifter y el Centro Nacional de Boyas de Datos . El Proyecto de Base de Datos Mundial sobre los Océanos es la base de datos más grande sobre perfiles de temperatura de todos los océanos del mundo. [32]

Una pequeña flota de prueba de flotadores "Argo profundos" pretende ampliar la capacidad de medición hasta unos 6.000 metros. Tomará muestras con precisión de la temperatura de la mayor parte del volumen del océano una vez que esté en pleno uso. [33] [34]

Termómetros de mercurio

La técnica de medición más frecuente en barcos y boyas son los termistores y los termómetros de mercurio . [26] : 88  Los científicos suelen utilizar termómetros de mercurio para medir la temperatura de las aguas superficiales. Pueden ponerlos en cubos que se dejan caer por la borda de un barco. Para medir temperaturas más profundas las colocaron en botellas Nansen. [26] : 88 

programa argo

Argo es un programa internacional para la investigación del océano. Utiliza flotadores perfiladores para observar la temperatura , la salinidad y las corrientes . Recientemente ha observado propiedades bioópticas en los océanos de la Tierra. Ha estado en funcionamiento desde principios de la década de 2000. Los datos en tiempo real que proporciona respaldan la investigación climática y oceanográfica. [35] [36] Un interés de investigación especial es cuantificar el contenido de calor del océano (OHC). La flota Argo consta de casi 4.000 "flotadores Argo" a la deriva (como se denominan a menudo los flotadores perfiladores utilizados por el programa Argo) desplegados en todo el mundo. Cada flotador pesa entre 20 y 30 kg. En la mayoría de los casos, las sondas se desplazan a una profundidad de 1.000 metros. Los expertos llaman a esto profundidad de estacionamiento. Cada 10 días, cambiando su flotabilidad , se sumergen a una profundidad de 2000 metros y luego se desplazan a la superficie del mar . A medida que se mueven, miden los perfiles de conductividad y temperatura, así como la presión . Los científicos calculan la salinidad y la densidad a partir de estas mediciones. La densidad del agua de mar es importante para determinar los movimientos a gran escala en el océano.

Calentamiento del océano

La ilustración de los cambios de temperatura de 1960 a 2019 en cada océano, comenzando en el Océano Austral alrededor de la Antártida. [37]

Tendencias

Está claro que el océano se está calentando como resultado del cambio climático y este ritmo de calentamiento está aumentando. [38] : 9  El océano global fue el más cálido jamás registrado por los humanos en 2022. [39] Esto está determinado por el contenido de calor del océano , que superó en 2022 el máximo anterior de 2021. [39] El aumento constante de la temperatura del océano Las temperaturas son un resultado inevitable del desequilibrio energético de la Tierra , que es causado principalmente por el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero. [39] Entre la época preindustrial y la década 2011-2020, la superficie del océano se ha calentado entre 0,68 y 1,01 °C. [40] : 1214 

La mayor parte del aumento de calor del océano se produce en el Océano Austral . Por ejemplo, entre las décadas de 1950 y 1980, la temperatura del Océano Antártico Austral aumentó 0,17 °C (0,31 °F), casi el doble que la del océano global. [41]

La tasa de calentamiento varía con la profundidad. La parte superior del océano (por encima de los 700 m) es la que se está calentando más rápidamente. A una profundidad del océano de mil metros, el calentamiento se produce a un ritmo de casi 0,4 °C por siglo (datos de 1981 a 2019). [42] : Figura 5.4  En las zonas más profundas del océano (globalmente hablando), a 2000 metros de profundidad, el calentamiento ha sido de alrededor de 0,1 °C por siglo. [42] : Figura 5.4  El patrón de calentamiento es diferente para el Océano Antártico (a 55°S), donde el calentamiento más alto (0,3 °C por siglo) se ha observado a una profundidad de 4500 m. [42] : Figura 5.4 
En general, los científicos proyectan que todas las regiones de los océanos se calentarán para 2050, pero los modelos no están de acuerdo con los cambios de TSM esperados en el Atlántico Norte subpolar, el Pacífico ecuatorial y el Océano Austral. [43] El futuro aumento medio global de la TSM para el período 1995-2014 a 2081-2100 es de 0,86°C en los escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero más modestos, y de hasta 2,89°C en los escenarios de emisiones más severos. [43]

Causas

La causa de los cambios observados recientemente es el calentamiento de la Tierra debido a las emisiones de gases de efecto invernadero provocadas por el hombre , como el dióxido de carbono y el metano . [44] Las crecientes concentraciones de gases de efecto invernadero aumentan el desequilibrio energético de la Tierra , calentando aún más las temperaturas de la superficie. [8] El océano absorbe la mayor parte del calor agregado en el sistema climático , elevando la temperatura del océano. [7]

Principales efectos físicos

Mayor estratificación y menores niveles de oxígeno.

Las temperaturas más altas del aire calientan la superficie del océano. Y esto conduce a una mayor estratificación de los océanos . La reducción de la mezcla de las capas del océano estabiliza el agua cálida cerca de la superficie. Al mismo tiempo reduce la circulación de agua fría y profunda. La reducción de la mezcla hacia arriba y hacia abajo reduce la capacidad del océano para absorber calor. Esto dirige una fracción mayor del calentamiento futuro hacia la atmósfera y la tierra. Es probable que aumente la energía disponible para ciclones tropicales y otras tormentas. Los nutrientes para los peces en las capas superiores del océano disminuirán. Esto también equivale a reducir la capacidad de los océanos para almacenar carbono .

El agua más caliente no puede contener tanto oxígeno como el agua fría. Una mayor estratificación térmica puede reducir el suministro de oxígeno desde las aguas superficiales a las aguas más profundas. Esto disminuiría aún más el contenido de oxígeno del agua. [45] Este proceso se llama desoxigenación del océano . El océano ya ha perdido oxígeno en toda la columna de agua. Las zonas mínimas de oxígeno se están expandiendo en todo el mundo. [46] : 471 

Cambiando las corrientes oceánicas

Las variaciones de temperatura asociadas con la luz solar y la temperatura del aire en diferentes latitudes causan corrientes oceánicas . Los vientos predominantes y las diferentes densidades de agua dulce y salina son otra causa de las corrientes. El aire tiende a calentarse y, por tanto, a ascender cerca del ecuador , luego a enfriarse y, por tanto, a descender un poco más hacia el polo. Cerca de los polos, el aire frío desciende, pero se calienta y asciende a medida que viaja a lo largo de la superficie hacia el ecuador. Los hundimientos y afloramientos que se producen en latitudes más bajas, y la fuerza impulsora de los vientos sobre las aguas superficiales, hacen que las corrientes oceánicas hagan circular el agua por todo el mar. El calentamiento global, además de estos procesos, provoca cambios en las corrientes, especialmente en las regiones donde se forman aguas profundas. [47]

En el pasado geológico

Los científicos creen que la temperatura del mar era mucho más alta en el período Precámbrico. Estas reconstrucciones de temperatura se derivan de isótopos de oxígeno y silicio de muestras de rocas. [48] ​​[49] Estas reconstrucciones sugieren que el océano tenía una temperatura de 55 a 85 °C hace 2.000 a 3.500 millones de años . Luego se enfrió a temperaturas más suaves, entre 10 y 40 °C, hace 1.000 millones de años . Las proteínas reconstruidas de organismos precámbricos también proporcionan evidencia de que el mundo antiguo era mucho más cálido que hoy. [50] [51]

La Explosión Cámbrica hace aproximadamente 538,8 millones de años fue un evento clave en la evolución de la vida en la Tierra. Este evento tuvo lugar en un momento en que los científicos creen que la temperatura de la superficie del mar alcanzó unos 60 °C. [52] Temperaturas tan altas están por encima del límite térmico superior de 38 °C para los invertebrados marinos modernos. Impiden una gran revolución biológica. [53]

Durante el período Cretácico posterior , hace entre 100 y 66 millones de años , las temperaturas globales promedio alcanzaron su nivel más alto en los últimos 200 millones de años aproximadamente. [54] Esto fue probablemente el resultado de la configuración de los continentes durante este período. Permitió una mejor circulación en los océanos. Esto desalentó la formación de capas de hielo a gran escala. [ cita necesaria ]

Los datos de una base de datos de isótopos de oxígeno indican que ha habido siete eventos de calentamiento global durante el pasado geológico. Estos incluyen el Cámbrico tardío , el Triásico temprano , el Cretácico tardío y la transición Paleoceno-Eoceno . La superficie del mar era entre 5 y 30º más cálida que hoy en este período de calentamiento. [11]

Ver también

Referencias

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