Una termoclina (también conocida como capa térmica o metalimnion en lagos) es una capa diferenciada en función de la temperatura dentro de un gran cuerpo de fluido (por ejemplo, agua , como en un océano o lago; o aire, por ejemplo, una atmósfera ) con un alto gradiente de diferencias de temperatura diferenciadas asociadas con la profundidad. En el océano , la termoclina divide la capa mixta superior de las aguas profundas tranquilas que se encuentran debajo. [1]
Dependiendo en gran medida de la estación , la latitud y la mezcla turbulenta del viento , las termoclinas pueden ser una característica semipermanente del cuerpo de agua en el que se forman, 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 las variaciones climáticas estacionales , la latitud y las condiciones ambientales locales, como las mareas y las corrientes .
La mayor parte de la energía térmica de la luz solar que llega a la Tierra se absorbe en los primeros centímetros de la superficie del océano, que se calienta durante el día y se enfría por la noche a medida que la energía térmica se pierde en el espacio por radiación. 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 primeros 100 metros (330 pies), dependiendo de la fuerza de las olas y de la existencia de turbulencias superficiales causadas por las corrientes. Por debajo de esta capa mixta , la temperatura permanece relativamente estable durante los ciclos día/noche. La temperatura del océano profundo 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 profunda 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 la hace 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 entre dos masas de agua, en la que la temperatura del agua desciende unos pocos grados centígrados de forma bastante repentina, por ejemplo, cuando el agua más fría que surge se topa con una capa superficial de agua más cálida. Esto da al agua un aspecto de vidrio arrugado, del tipo que se suele utilizar en las ventanas de los baños para oscurecer la vista, y se debe al índice de refracción alterado de la columna de agua fría o caliente. Estos mismos schlieren se pueden observar cuando el aire caliente se eleva desde el asfalto en los aeropuertos o en las carreteras del desierto y son la causa de los espejismos .
La termoclina del océano puede variar en profundidad e intensidad según la estación. [3] Esto es particularmente notorio en latitudes medias, con una capa de mezcla más gruesa en invierno y una capa de mezcla 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 la traen de vuelta a la capa superior. En áreas alrededor de los trópicos y subtrópicos, la termoclina puede volverse incluso más delgada en verano que en otros lugares. [5] En latitudes más altas, alrededor de los polos, hay más una termoclina estacional que una permanente con aguas superficiales más cálidas. [5] Aquí es donde hay una capa dicotermal.
En el hemisferio norte, las temperaturas máximas en la superficie se producen durante agosto y septiembre y las temperaturas mínimas durante febrero y marzo, siendo el contenido de calor total más bajo en marzo. [5] Es en este momento cuando la termoclina estacional comienza a acumularse nuevamente después de descomponerse 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 mixta anual. [6]
Las termoclinas también se pueden observar en lagos. En climas más fríos, esto conduce a un fenómeno llamado estratificación . Durante el verano, el agua cálida, que es menos densa, se asienta 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 cálida está expuesta al sol durante el día, existe un sistema estable y se produce muy poca mezcla de agua cálida y fría, especialmente 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 bajará a medida que el enfriamiento nocturno domine la transferencia de calor. Se llega a un punto en el que la densidad del agua superficial que se enfría se vuelve mayor que la densidad del agua profunda y comienza el vuelco a medida que el agua superficial densa se mueve hacia abajo bajo la influencia de la gravedad. Este proceso es ayudado por el viento o cualquier otro proceso (corrientes, por ejemplo) que agite el agua. Este efecto también ocurre en las aguas del Ártico y la Antártida, trayendo agua a la superficie 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 , lo que hace que estas áreas sean productivas.
A medida que la temperatura continúa bajando, el agua de 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 "cambio de primavera", que ocurre después de que el hielo se derrite y la temperatura del agua superficial aumenta a 4 °C. Durante esta transición, puede desarrollarse una barra térmica .
Las ondas pueden formarse en la termoclina, lo que hace que la profundidad de la termoclina, medida en un único lugar, oscile (normalmente como una forma de seiche ). Alternativamente, las ondas pueden ser inducidas por el flujo sobre un fondo elevado, lo que produce una onda de termoclina que no cambia con el tiempo, pero varía en profundidad a medida que uno se mueve hacia dentro o en contra del flujo.
Termoclina: Un gradiente basado en diferencias de temperatura distintivas 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 una termoclina. La temperatura generalmente disminuye con la altitud, pero el calor de la exposición al sol durante el día se libera por la noche, lo que puede crear una región cálida en el suelo con aire más frío por encima. 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 finalmente 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 autopistas urbanas y barreras acústicas . [7]