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Temperatura del océano

Gráfico que muestra la temperatura del océano en función de la profundidad en el eje vertical. El gráfico muestra varias termoclinas (o capas térmicas) en función de las estaciones y la latitud. La temperatura a profundidad cero es la temperatura de la superficie del mar .

La temperatura del océano juega un papel crucial en el sistema climático global , las corrientes oceánicas y los hábitats marinos . Varía según la profundidad , la ubicación geográfica y la estación . No solo la temperatura difiere en el agua de mar, sino también la salinidad . El agua superficial cálida es generalmente más salada que las aguas profundas o polares más frías. [1] En las regiones polares, las capas superiores del agua del océano son frías y dulces. [2] El agua oceánica profunda es agua fría y salada que se encuentra en las profundidades 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 en lo alto, la temperatura de las capas superficiales puede aumentar 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).

En los océanos existe una circulación continua de agua a gran escala . Una parte de ella es la circulación termohalina (CTH). Está impulsada 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 a medida que el agua se vuelve más densa y se hunde. Los cambios de temperatura y densidad mueven el agua fría de regreso hacia el ecuador como una corriente marina profunda. Luego, finalmente, vuelve a brotar hacia la superficie.

El término temperatura del océano 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 que este ritmo de calentamiento está aumentando. [6] : 9  [7] La ​​capa superior del océano (por encima de los 700 m) se está calentando más rápido, pero la tendencia al calentamiento se extiende a 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 superficial del mar desde 1979 en la región extrapolar (entre 60 grados de latitud sur y 60 grados de latitud norte). [9]
La temperatura superficial del mar (o temperatura superficial del océano) es la temperatura del agua del océano cerca de la superficie. El significado exacto de superficie varía en la literatura y en la práctica. Por lo general, se encuentra 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 en la atmósfera de la Tierra a poca distancia de la costa. La circulación termohalina tiene un gran impacto en la temperatura media de la superficie del mar en la mayoría de los océanos del mundo. [10]

Temperatura del océano profundo

Los expertos denominan temperatura oceánica o temperatura oceánica profunda a la temperatura que se encuentra por debajo de la superficie . Las temperaturas oceánicas a más de 20 metros por debajo de la superficie varían según la región y el momento, y contribuyen a las variaciones en el contenido de calor oceánico y la estratificación oceánica . [11] El aumento tanto de la temperatura superficial como de la temperatura oceánica profunda es un efecto importante del cambio climático sobre los océanos . [11]

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

Pertinencia

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 . [12] 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.

El contenido de calor del océano (OHC) ha ido aumentando durante décadas a medida que el océano ha ido absorbiendo la mayor parte del exceso de calor resultante de las emisiones de gases de efecto invernadero de las actividades humanas. [13] El gráfico muestra el OHC calculado para una profundidad de agua de 700 y 2000 metros.

El contenido de calor oceánico (OHC) o la absorción de calor oceánico (OHU) es la energía absorbida y almacenada por los océanos . Para calcular el contenido de calor oceánico, es necesario medir la temperatura del océano en muchos lugares y profundidades diferentes. La integración de la densidad superficial de un cambio en la energía entálpica sobre una cuenca oceánica o todo el océano da la absorción total de calor oceánico. [14] Entre 1971 y 2018, el aumento del contenido de calor oceánico representó más del 90% del exceso de energía de la Tierra debido al calentamiento global . [15] [16] El principal impulsor de este aumento fue causado por los humanos a través de sus crecientes emisiones de gases de efecto invernadero . [17] : 1228  Para 2020, aproximadamente un tercio de la energía agregada se había propagado a profundidades por debajo de los 700 metros. [18] [19]

En 2023, los océanos del mundo volvieron a ser los más calientes de la historia y superaron el récord máximo anterior de 2022. [20] Las cinco observaciones de calor oceánico más altas 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. [21] El contenido de calor del océano y el aumento del nivel del mar son indicadores importantes del cambio climático . [22]

Medidas

Existen varias formas de medir la temperatura del océano. [23] Por debajo de la superficie del mar, es importante hacer referencia a la profundidad específica de la medición, así como a la medición de la temperatura general. La razón es que hay mucha variación con las profundidades. Esto es especialmente así durante el día. En este momento, la baja velocidad del viento y la gran cantidad de 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 diurna una termoclina diurna. [24]

La técnica básica consiste en bajar un dispositivo para medir electrónicamente la temperatura y otros parámetros. Este dispositivo se llama CTD , que significa conductividad, temperatura y profundidad. [25] Envía continuamente los datos hasta el 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, cada vez hay más vehículos autónomos, como planeadores o minisumergibles . Llevan los mismos sensores CTD, pero funcionan independientemente de un barco de investigación.

Los científicos pueden desplegar sistemas CTD desde barcos de investigación en amarres, planeadores e incluso en focas. [26] Con los barcos de investigación reciben datos a través del cable conductor. Para los otros métodos utilizan telemetría .

Existen otras formas de medir la temperatura superficial del mar. [27] En esta capa cercana a la superficie, es posible realizar mediciones utilizando termómetros o satélites con espectroscopia. Los satélites meteorológicos han estado disponibles para determinar este parámetro desde 1967. Los científicos crearon los primeros compuestos globales durante 1970. [28]

El radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR) se utiliza ampliamente para medir la temperatura de la superficie del mar desde el espacio. [23] : 90 

Existen diversos dispositivos para medir las temperaturas del océano a diferentes profundidades, como la botella Nansen , el batitermógrafo , el CTD o la tomografía acústica oceánica . Las boyas ancladas y a la deriva también miden las temperaturas de la superficie del mar. Algunos ejemplos son las implementadas por el Programa Global Drifter y el Centro Nacional de Datos de Boyas . El Proyecto de Base de Datos de los Océanos Mundiales es la base de datos más grande de perfiles de temperatura de todos los océanos del mundo. [29]

Una pequeña flota de prueba de flotadores Argo de profundidad pretende ampliar la capacidad de medición hasta unos 6000 metros. Tomará muestras de temperatura con precisión para la mayor parte del volumen del océano una vez que esté en pleno uso. [30] [31]

La técnica de medición más frecuente en los barcos y boyas son los termistores y los termómetros de mercurio . [23] : 88  Los científicos suelen utilizar termómetros de mercurio para medir la temperatura de las aguas superficiales. Pueden colocarlos en cubos que se dejan caer por el costado de un barco. Para medir temperaturas más profundas, los colocan en botellas Nansen. [23] : 88 

Monitoreo a través del programa Argo

Argo es un programa internacional de 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. [32] [33] Un interés especial de investigación es cuantificar el contenido de calor del océano (OHC). La flota Argo consta de casi 4000 "flotadores Argo" a la deriva (como se suele llamar a 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 1000 metros. Los expertos llaman a esto la profundidad de estacionamiento. Cada 10 días, al cambiar su flotabilidad , se sumergen a una profundidad de 2000 metros y luego se mueven 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 de los océanos

Ilustración de los cambios de temperatura de 1960 a 2019 en cada océano, comenzando en el Océano Austral alrededor de la Antártida. [34]

Tendencias

Está claro que el océano se está calentando como resultado del cambio climático, y esta tasa de calentamiento está aumentando. [35] : 9  El océano global fue el más cálido jamás registrado por los humanos en 2022. [36] Esto está determinado por el contenido de calor del océano , que superó el máximo anterior de 2021 en 2022. [36] El aumento constante de las temperaturas del océano es un resultado inevitable del desequilibrio energético de la Tierra , que es causado principalmente por el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero. [36] Entre la época preindustrial y la década de 2011-2020, la superficie del océano se ha calentado entre 0,68 y 1,01 °C. [37] : 1214 

La mayor parte del aumento de calor del océano se produce en el océano Austral . Por ejemplo, entre los años 1950 y 1980, la temperatura del océano Austral Antártico aumentó 0,17 °C (0,31 °F), casi el doble de la tasa del océano global. [38]

La tasa de calentamiento varía con la profundidad. La capa superior del océano (por encima de los 700 m) es la que se está calentando más rápidamente. A una profundidad oceánica de mil metros, el calentamiento se produce a un ritmo de casi 0,4 °C por siglo (datos de 1981 a 2019). [39] : Figura 5.4  En las zonas más profundas del océano (a nivel mundial), a 2000 metros de profundidad, el calentamiento ha sido de alrededor de 0,1 °C por siglo. [39] : Figura 5.4  El patrón de calentamiento es diferente en 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. [39] : Figura 5.4 
En general, los científicos proyectan que todas las regiones de los océanos se calentarán para el año 2050, pero los modelos no coinciden en cuanto a los cambios esperados en la temperatura de la superficie del mar en el Atlántico Norte subpolar, el Pacífico ecuatorial y el Océano Austral. [40] El aumento futuro de la temperatura de la superficie del mar media global 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. [40]

Causas

La causa de los cambios observados recientemente es el calentamiento de la Tierra debido a las emisiones de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano, causadas por los seres humanos . [41] Las concentraciones crecientes 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 añadido en el sistema climático , lo que aumenta las temperaturas del océano. [7]

Principales efectos físicos

Aumento de la estratificación y niveles más bajos de oxígeno.

Las temperaturas más altas del aire calientan la superficie del océano, lo que conduce a una mayor estratificación oceánica . La mezcla reducida de las capas oceánicas estabiliza el agua cálida cerca de la superficie, al mismo tiempo que reduce la circulación de agua fría en las profundidades. La mezcla reducida hacia arriba y hacia abajo reduce la capacidad del océano para absorber calor, lo que dirige una fracción mayor del calentamiento futuro hacia la atmósfera y la tierra. Es probable que aumente la energía disponible para los ciclones tropicales y otras tormentas, y que disminuyan los nutrientes para los peces en las capas superiores del océano, lo que también reducirá la capacidad de los océanos para almacenar carbono .

El agua más caliente no puede contener tanto oxígeno como el agua fría. El aumento de la estratificación térmica puede reducir el suministro de oxígeno de las aguas superficiales a las aguas más profundas. Esto reduciría aún más el contenido de oxígeno del agua. [42] Este proceso se llama desoxigenación del océano . El océano ya ha perdido oxígeno en toda la columna de agua. Las zonas de mínimo oxígeno se están expandiendo por todo el mundo. [43] : 471 

Cambios en las corrientes oceánicas

Las variaciones de temperatura asociadas con la luz solar y las temperaturas del aire en diferentes latitudes causan corrientes oceánicas . Los vientos predominantes y las diferentes densidades de agua salada y dulce son otra causa de las corrientes. El aire tiende a calentarse y, por lo tanto, a ascender cerca del ecuador , luego a enfriarse y, por lo tanto, a descender un poco más hacia los polos. 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. El hundimiento y el afloramiento que ocurren en latitudes más bajas, y la fuerza impulsora de los vientos sobre el agua superficial, significan que las corrientes oceánicas hacen circular el agua por todo el mar. El calentamiento global sumado a estos procesos provoca cambios en las corrientes, especialmente en las regiones donde se forma el agua profunda. [44]

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. [45] [46] Estas reconstrucciones sugieren que el océano tenía una temperatura de 55-85 °C hace 2000 a 3500 millones de años . Luego se enfrió a temperaturas más suaves de entre 10 y 40 °C hace 1000 millones de años . Las proteínas reconstruidas de organismos precámbricos también proporcionan evidencia de que el mundo antiguo era mucho más cálido que hoy. [47] [48]

La Explosión Cámbrica, que tuvo lugar hace aproximadamente 538,8 millones de años, fue un acontecimiento clave en la evolución de la vida en la Tierra. Este acontecimiento tuvo lugar en un momento en el que los científicos creen que las temperaturas de la superficie del mar alcanzaron unos 60 °C. [49] Estas altas temperaturas están por encima del límite térmico superior de 38 °C para los invertebrados marinos modernos, lo que impide una gran revolución biológica. [50]

Durante el período Cretácico tardío , de hace 100 a 66 millones de años , las temperaturas globales promedio alcanzaron su nivel más alto en los últimos 200 millones de años aproximadamente. [51] Esto probablemente fue 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 requerida ]

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 del Paleoceno al Eoceno . La superficie del mar era entre 5 y 30º más cálida que hoy en día en estos períodos de calentamiento. [12]

Véase también

Referencias

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