Ondas en el mar. Clasificación de las Ondas. Olas Tsunamis Mareas Las ondas oceánicas se pueden clasificar de diferentes maneras. Una clasificación se basa en sus períodos característicos, otra en las fuerzas que las perturban o generan. • Olas de Viento provocadas por el forzante meteorológico (viento, presión del aire); el mar local y el mar de fondo pertenecen a esta categoría. Se trata de ondas cortas (ƛ=100 m) • Tsunamis provocadas por sismos , desplazamientos de tierra o erupciones volcánicas. Estas ondas se nombran como ondas largas. (ƛ= 100 Km) • Mareas provocadas por el forzante astrónomico; estas son siempre ondas largas. (ƛ=10.000 Km) • • Otra clasificación se basa en la representación en un espectro de frecuencia, de todas las ondas oceánicas. Distingue entre ondas capilares, ondas gravitatorias, ondas de largo período, ondas de marea y transmareales (más largas que marea). Existe aún otra clasificación que se basa en las fuerzas restauradoras responsables de regresar las partículas de agua a su posición promedio en la columna de agua (tensión superficial, gravedad y coriolis) Clasificaciones Espectro de Energía de las ondas Descripción de las Ondas La manera más simple de visualizar las ondas es mediante el concepto de oscilación armónica. La onda puede ser descrita por: Ejercicio: Realizar gráficamente la suma de dos ondas de igual amplitud pero con períodos y longitudes de onda levemente diferentes. Describir Elementos de las ondas A: Amplitud H: Altura λ: Longitud de Onda también llamada L C= λ/T celeridad Inclinación: H/ λ o pendiente T: Período (tiempo transcurrido entre dos crestas sucesivas) d/ λ = profundidad relativa Dirección de propagación Z= 0 d Z= ‐ d OLAS DE VIENTO Porqué son importantes las olas? Producen mezcla en el océano – transferencia de energía desde la atmósfera hacia el mar Afectan la navegación Transportan sedimentos y modifican la costa • Erosión costera y de playas de arena • Efectos de estructuras costeras (espigones, muelles, rompeolas) • Pérdidas de propiedad privada 9 Las olas en el mar son producto del viento que sopla sobre la superficie y transfiere energía al agua por el impacto del aire sobre la misma. 9 Primero se desarrollan olas pequeñas y la fricción (o el esfuerzo de arrastre del viento) sobre su cara expuesta al viento (windward side=barlovento) hace que crezcan o rompan y cedan parte de su energía a las olas más grandes. 9 Consecuentemente, las olas grandes capturan cantidades crecientes de energía y continúan desarrollándose, mientras el viento se mantenga lo suficientemente fuerte y mantenga su dirección constante. 9 Generalmente, vientos fuertes de larga duración producen olas grandes con longitudes de onda largas y también de períodos largos. Así cuanta más energía llega al agua, más altas y largas son las olas y viajan con velocidades crecientes (celeridades). El viento DIR Nº I medi a I max I min N -22.5 22.5 139 6.4 11.8 3.20 14.72% NE 22.5 67.5 172 7.2 13.4 3.20 18.22% E 67.5 112.5 109 6.8 17 2.60 11.55% SE 112.5 157.5 202 4.6 16.6 1.00 21.40% S 157.5 -157.5 94 8.2 15.8 3.20 9.96% SW -157.5 -112.5 89 8.7 16.8 3.20 9.43% W -112.5 -67.5 71 7.5 18.2 3.00 7.52% NW -67.5 -22.5 68 6.9 12.4 3.40 7.20% 100.00% Los objetos flotantes en la superficie del mar suben y bajan o se mueven con leve movimiento rotatorio a medida que las olas pasan por debajo de ellos. Esto ocurre porque las partículas de H2O responden al pasaje de la ola y se mueven en órbitas circulares que decrecen en diámetro con la profundidad A una profundidad aproximadamente igual a la mitad de la longitud de onda, los diámetros orbitales de las partículas de agua son solo 1/25 de los de superficie y para todos los propósitos prácticos podemos considerar este nivel como la profundidad máxima en el movimiento de una ola. En aguas más profundas que L/2 (L=longitud de onda), las partículas que se mueven no hacen contacto con el fondo, mientras que en aguas menos profundas que L/2, las órbitas se achatan por la resistencia (x fricción), pierden energía y se dice que la ola ‘siente el fondo’. Esta profundidad es la máxima a la cual las olas pueden mover las partículas y erosionar el sedimento fino del fondo del mar (se llama base de la ola) (wave base). Movimiento del agua cerca de la costa Las olas proveen la energía que cambia la forma y textura de los depósitos de playa • • A medida que las olas “sienten” el fondo en aguas someras, la longitud de onda disminuye, la altura aumenta, las olas se hacen menos estables y ocurre el fenómeno de refracción. En aguas “muy” someras o muy poco profundas, se desestabilizan y rompen Las olas generan corrientes paralelas a la costa y corrientes de retorno perpendiculares a la costa. Cuanto mayor es el ángulo con que se aproximan, mayor es la corriente paralela a la costa o deriva litoral para una misma onda. • Refracción de las olas cuando sienten el fondo Rip currents Movimiento del agua cerca de la costa • Puede haber corrientes paralelas también como producto de un apilamiento de agua contra la costa debido a las olas. Esto es especialmente importante en regiones con costas irregulares con refracción pronunciada. Playas de arena (la parte de tierra que limita con el mar) Se puede dividir en regiones Área marítima offshore y Área costera: Zona de surf o resaca (incluye la zona de rompiente) y Playa (incluye Anteplaya y Playa posterior) • DESARROLLO PLENO (fully developed ) El El desarrollo desarrollo de de olas olas en en aguas aguas profundas profundas es es complejo, complejo, pero pero puede puede atribuirse atribuirse a a tres tres factores factores principales: principales: 1. 1. 0 0 2. 2 2. 2 3. 3. 3 3 Velocidad Velocidad del del viento. viento. Duración. Duración. Fetch Fetch o o alcance alcance En En una una discusión discusión sobre sobre desarrollo desarrollo de de las las olas, olas, el el término término SEA SEA se se refiere refiere a a la la ocurrencia ocurrencia en en la la superficie del mar, dentro del área de Fetch de olas irregulares de muchos períodos que superficie del mar, dentro del área de Fetch de olas irregulares de muchos períodos que ocurren ocurren en en muchas muchas direcciones. direcciones. Un Un SEA, SEA, con con desarrollo desarrollo pleno pleno se se forma forma cuando cuando la la velocidad velocidad de de un viento dado dura lo suficiente y el viento tiene suficiente superficie de aguas abiertas para un viento dado dura lo suficiente y el viento tiene suficiente superficie de aguas abiertas para ejercer ejercer su su arrastre arrastre y y producir producir la la máxima máxima altura altura de de ola ola que que pueda pueda mantener mantener ese ese viento. viento. La combinación necesaria de duración y Fetch suficiente, rara vez ocurre con vientos La combinación necesaria de duración y Fetch suficiente, rara vez ocurre con vientos de de fuerte fuerte intensidad, intensidad, pero pero es es posible posible para para la la mayor mayor parte parte de de los los vientos vientos más más débiles. débiles. La La tabla tabla 13-1 13-1 muestra el mínimo Fetch y duración requeridos para varias velocidades del viento para muestra el mínimo Fetch y duración requeridos para varias velocidades del viento para desarrollar desarrollar SEAS SEAS plenos plenos Veloc Veloc del del viento viento (Ns) (Ns) 10 10 30 30 50 50 Fetch Fetch (Millas (Millas náuticas) náuticas) 10 10 280 280 1460 1460 Duración Duración (Hs) (Hs) 2 2 23 23 69 69 Condiciones necesarias para la formacion de olas de desarrollo pleno para una Velocidad de viento dada, y parametros medios de las olas resultantes Pipkin, 1990, Varela y Porto (2008) Promedios Vel (Nds) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 42 44 50 Vel (m/s) alcance (millas) alcance (Km) Duracion(Hs) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 22 23 26 10 18 28 40 55 75 100 130 180 230 280 830 960 1420 19 33 52 74 102 139 185 241 333 426 519 1537 1778 2630 2 4 5 7 8 10 12 14 17 20 23 47 52 69 H(m) 0,27 0,43 0,61 0,85 1,16 1,49 1,92 2,38 2,9 3,47 4,15 9,6 10,79 14,84 L(m) T(seg) 8,5 12,2 16,8 21,6 27,4 33,8 41,1 48,8 57,3 66,4 76,5 149,7 146,6 212,1 3 3,4 sea 4 4,6 5 5,7 6,3 7 7,4 8 8,6 12 12,6 14,3 swell TSUNAMI Ondas en el mar causadas por deslizamientos de tierra, terremotos o erupciones volcánicas. Al igual que la marea, en océano abierto tienen poca altura y viajan a velocidades que exceden los 650 km/h. Altamente destructivos. http://www.uc.cl/sw_educ/geo_mar/html/h712.html Debido a la gran longitud de onda estas olas siempre "sienten" el fondo (son refractadas), ya que la profundidad siempre es inferior a la mitad de la longitud de onda (valor crítico que separa las olas de agua profunda de las olas de aguas someras). En consecuencia, en todo punto del océano, la velocidad de propagación del tsunami depende de la profundidad oceánica y puede ser calculada en función de ella. V = (g * d) ½ En donde V es la velocidad de propagación, g la aceleración de gravedad (9.81 m /seg2) y d la profundidad del fondo marino. Para el Océano Pacífico la profundidad media es de 4.000 m, lo que da una velocidad de propagación promedio de 198 m/s ó 713 km/h. De este modo, si la profundidad de las aguas disminuye, la velocidad del tsunami decrece. Es posible trazar cartas de propagación de tsunamis, como se hace con las cartas de olas; la diferencia es que los tsunamis son refractados en todas partes por las variaciones de profundidad; mientras que con las olas ocurre sólo cerca de la costa. Es posible trazar cartas de propagación de tsunamis, como se hace con las cartas de olas; la diferencia es que los tsunamis son refractados en todas partes por las variaciones de profundidad; mientras que con las olas ocurre sólo cerca de la costa. TSUNAMI del 26 de Diciembre de 2004 Registro del nivel del mar en Los Molinos (15 km de Valdivia) durante el 26 y 28 de Febrero de 2010. El panel superior muestra el registro original y la marea y el panel inferior el registro original en que se filtró el efecto de la marea. Del álbum: "Efectos del tsunami en las costas de Valdivia" de Jose Garces-Vargas contacto a través de David Donoso, Chile PESADILLA EN JAPÓN El sismo y el tsunami que el viernes pasado azotaron a Japón causaron probablemente más de 10.000 muertos, pusieron a industria nuclear nipona al borde del colapso y provocaron la crisis más grave que haya conocido Japón "desde la Segunda Guerra Mundial" según el primer ministro Naoto Kan. Cronología de los acontecimientos: • ‐ A las 14:46 Hora local (05:46 GMT), un sismo de magnitud 8,9 -el más fuerte que haya registrado Japón- seguido de un tsunami de 10 metros de altura azotan el noreste de Japón. • El epicentro del sismo se sitúa a una centena de kilómetros de las costas de la prefectura de Miyagi. • - El tsunami se lleva todo por delante: localidades costeras, puentes, trenes, casas y vehículos. • - Los reactores de las centrales nucleares situadas en la zona de la catástrofe se paran automáticamente. • - Interrupción de los transportes aéreo, ferroviario y carretero en todas las provincias, particularmente en Tokio. Ocho millones de hogares privados de electricidad y teléfono. • - Se registran varias réplicas de magnitud superior a 6 e incluso 7. • - Sismo en la prefectura de Niigata (noroeste). • - Alerta de tsunami en todos los estados del Pacífico, de Oceanía a América Latina. • - Explosión en la central nuclear Fukushima-1. El techo del recinto del reactor número 1 de esa central se derrumba. El accidente es catalogado de nivel 4 sobre 7 en la Escala Internacional de Eventos Nucleares (INES, por siglas en inglés). • - Un instituto francés de seguridad nuclear, el IRSN, indica que "se produjeron escapes radiactivos muy importantes" en el momento de la explosión. • - Se descubren unos 400 cuerpos en el puerto de Rikuzentakata y unos 300 en una playa de Senadi (prefectura de Miyagi). • - El primer ministro japonés Naoto Kan declara que Japón enfrenta su "crisis más grave en 65 años, desde la Segunda Guerra Mundial". • - 100.000 soldados y socorristas movilizados. • - El jefe de policía de Miyagi dice que el número de muertos puede superar la cifra de 10.000 en su región. • - Llegan los primeros equipos de socorro de Australia, Nueva Zelanda, Corea del Sur, Suiza y Gran Bretaña. • - Se producen dos explosiones en el reactor número 3 de Fukushima-1, sin que sufra daños, indica Tokyo Electric Power (TEPCO). • - La Agencia japonesa de seguridad nuclear excluye un accidente de tipo Chernobyl en esa central. • - TEPCO no excluye que el combustible del reactor número 2 haya fusionado debido al fallo de un sistema de enfriamiento. • - Unos 2.000 cuerpos descubiertos en la provincia de Miyagi. • - 2,6 millones de hogares privados de electricidad. - La Bolsa de Tokio cae 6,18%, arrastrando a las otras plazas asiáticas. Los fabricantes de automóviles suspenden su producción. El Banco Central de Japón toma medidas para facilitar el financiamiento de las empresas y estabilizar los mercados. http://nctr.pmel.noaa.gov/honshu20110311 /Energy_plot20110311.png MAREAS La marea se define como la oscilación periódica del nivel del mar que resulta de la atracción gravitacional de la Luna y el Sol que actúa sobre la Tierra en rotación. Esta definición corresponde a lo que se conoce como “marea astronómica o predicha”. Su carácter determinístico permite su predicción y la confección de Tablas de Marea. Comodoro Rivadavia Las Grutas Tablas de Marea Mar del Plata Carta argentina: H251 02´ S Huso horario +3 31´W Régimen de marea: Mixto prep. Semidiurno Establecimiento de puerto medio: VIh 21m Nivel medio 0,91 m Lat. 38° Long. 57° Las alturas están referidas al plano de reducción que pasa 0,91 m debajo del nivel medio Alturas en metros sobre el plano de reducción, correspondientes a la predicción 2008 Pleamar Amplitud Bajamar Máxima Media Más baja Media Máxima Media 1,90 1,31 0,13 0,53 1,73 0,78 NIVELES DE MAREA Y PLANOS DE REFERENCIA La marea se mide generalmente a partir de un plano de referencia PLANO DE REDUCCIÓN: datum Tiene que ver con las bajamares (media de todas las bajamares de un período determinado, media de las bajamares más bajas, bajamar más baja LAT) NIVEL MEDIO Media aritmética de alturas horarias de marea (o equies‐ paciadas a intervalos de tiempo menores que una hora) durante un periodo adecuado que permita eliminar la influencia de la marea. CAMBIOS DEL NM LINEA DE RIBERA EN ZONAS MARITIMAS Tiene que ver con las pleamares (media de todas las pleamares ordinarias, media de las pleamares más altas, media de las pleamares de sicigias o sicigias trópicas?) CÁLCULO DE LA FUERZA GENERADORA DE MAREA La fuerza de marea (fm) es la resultante de la suma de la fuerza de atracción del astro (fa) y de la fuerza centrífuga (fc) debida a la rotación de la Tierra alrededor del centro de masa del sistema Tierra – Astro. v Para calcular fm en un punto (P) de la superficie de la Tierra se la descompone en fv y fh, según un eje normal a la superficie de la Tierra (v) y otro tangente a la misma (h). fc a O θ P fa h r d α L ML MT Los únicos astros generadores de marea son la Luna y el Sol. Esto se justifica al comparar las masas y las distancias desde la Tierra a otros astros. La magnitud de la fuerza de marea, en todos los casos es mucho menor que la fuerza de gravedad terrestre. Luego la componente vertical de la fuerza de marea es anulada por la fuerza de gravedad, resultando ser la componente horizontal de la fuerza de marea la que provoca este fenómeno. Astro Luna Sol Venus Júpiter Masa [masa de la Luna] 1 27,1 . 106 66 27 . 103 Distancia [distancia Tierra - Luna] 1 389 108 1360 (ML/d)3 1 0,46 5 . 10-5 6 . 10-6 www.ehow.com Sicigia (Luna nueva, Luna llena) “spring tides” syzygy Cuadratura (cuarto creciente, cuarto menguante) “neap tides” http://www.globalwarmingart.com 9 Las fuerzas de marea (vertical y horizontal) se escriben en función de longitudes astronómicas medias. 9 Cada uno de los términos de estas expresiones puede ser pensado como originado por un astro ficticio. Cada astro ficticio representa a una componente de marea. La suma de los efectos de todos los astros ficticios es equivalente a los debidos a la Luna y el Sol 9 Cada componente representa un cambio periódico o variación en las posiciones relativas de la Tierra, Luna y Sol 9 Finalmente la altura observada de la marea puede calcularse como suma de un cierto número de mareas parciales. En cada punto de la Tierra cada marea parcial tiene amplitud y fase distintos y característicos de cada lugar geográfico Nombres y símbolos de las principales componentes de marea astronómica Principales Componentes Semidiurnas Símbolo de la componente Nombre Período (h) M2 Lunar principal 12.42 S2 Solar principal 12 N2 Lunar elíptica mayor 12.66 K2 Lunisolar declinacional 11.97 Principales Componentes Diurnas Símbolo de la componente Nombre Período (h) K1 Lunisolar declinacional 23.93 O1 Lunar principal 25.82 P1 Solar principal 24.04 Q1 Lunar elíptica mayor 26.87 A partir de estas componentes de marea (utilizando la amplitud y la fase ) se calculan las predicciones que figuran en las Tablas de cada país para distintos puertos patrones. Predicción para Monte Hermoso (1, 2 y 3 de Julio1994) 2 1 .5 Altura (m ) 1 0 .5 0 -0 .5 1 -1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 -1 .5 -2 Tiempo (días) M2 S2 N2 K2 K1 O1 P1 TO TAL La componente lunar principal M2 es en la mayoria de las localidades, la componente Mas importante. Su periodo es aprox. 12hs y 25,2 min, exactamente la mitad de un dia Lunar medio es el tiempo requerido para que la Tierra rote una vez alrededor de la luna. Hay relojes que siguen esta componente. Componente lunar principal diurna O1 de Topex (altimetro satelital). Las lineas blancas demarcan fases con un intervalo de 1 hora (cotidales). Los colores que van de azules a rojos muestran lineas de igual amplitud de la componente O1 Grandes amplitudes en el mundo, Bahia de Fundy , Canada ubicada entre Nova Scotia y New Brunswick. Ungava Bay, sobre la costa Norte de Quebec MEDICIÓN DEL NIVEL DEL MAR Cuando registramos la altura del agua ya sea con una regla o un equipo (mareógrafo), este valor puede considerarse compuesto por 3 términos: * nivel medio del mar * marea astronómica * onda de tormenta Mareómetros Está compuesto por reglas graduadas que se disponen sobre la playa, permitiendo registrar en forma visual la altura del mar en intervalos de tiempo previamente fijados. Si se desea instalarlo en un muelle, la o las reglas se fijan a los pilotes. Si el lugar escogido para es una playa se tendrá en cuenta: La extensión de playa que queda en descubierto cuando se produce la bajamar. La pendiente de la playa. La estimación de la amplitud de la marea. Mareógrafo a flotador La idea básica de este equipo fue realizada por Moray en 1666 quien propuso montar un flotador dentro de un tubo dispuesto verticalmente, donde las distintas posiciones del flotador representan alturas de marea referidas a un cero preestablecido. Actualmente están siendo reemplazados por otros digitales quienes conservaban el tubo y el flotador pero la información se graba a intervalos iguales y es enviada telemétricamente. Estación de Nueva Generación (Next Generation Water Level Measurement System) poseen un transductor acústico que funciona como una ecosonda invertida para medir el nivel del agua. Mareógrafo Radar desarrollado en 20042005. Los datos son enviados via Internet como email message, pudiéndose controlar en forma remota. Medición del nivel con satélites altimétricos Tipos de Marea Mareas Diurnas Mareas Mixtas Mareas Semi-Diurnas Tipos de Marea http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/tides Ejemplos de registros de mareógrafos para varios tipos de marea diferentes (semidiurnas, diurnas, semidiurnas con desigualdades diurnas, etc.) Qué es y cómo cambia el Nivel Medio del Mar (NM) ? • Es la media aritmética de alturas horarias de marea (o alturas equiespaciadas con un intervalo menor) durante un período de tiempo adecuado que permita eliminar la influencia de la marea. • Posee variaciones temporales de largo periodo. Estos cambios del orden de los 10 a 30 cm por siglo son pequeños comparados con las variaciones diarias, semianuales o anuales. • Las variaciones anuales o semianuales del nivel medio del mar se deben fundamentalmente a los cambios estacionales de presión atmosférica, de densidad del agua y de circulación del océano. Tendencia del NM - Cálculos Regionales Según Lanfredi et. al. (1998) en las costas argentinas se verifican las siguientes tendencias del nivel medio del mar: Buenos Aires: +1,6 ± 0,1 mm / año Mar del Plata : +1,4 ± 0,5 mm / año Quequén: +1,6 ± 0,2 mm / año Puerto Madryn: +3,5 ± 0,1 mm / año Efectos del calentamiento global Cambios observados en (a) SST media (b) ascenso medio del nivel del nivel del mar a partir de datos de mareografos (azul) y satelitales (rojo) y (c) cobertura de nieve en el Hemisferio Norte para Marzo-Abril . Todos los cambios son relativos a los promedios del periodo 1961-1990. Las lineas suavizadas representan medias moviles de 10 años. Los circulos son datos anuales. Las areas sombreadas son los intervalos de incerteza . Image credit: FIGURE SPM-3 from the Summary of Policy Makers from the 2007 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report. Global Sea Level Change La mayoría de los registros detectan una tendencia de ascenso del nivel del mar durante la última centuria. Los informes del IPCC muestran que ha habido un ascenso global de aproximadamente 10-20 cm durante los ultimos 100 años. www.pol.ac.uk/psmsl Tendencia relativa del nivel medio en la costa de la provincia de Bs. As. 1,67 ± 0,05 mm/año 1,53 ± 0,11 mm/año www.pol.ac.uk/psmsl Tendencia Global del NM (1) Fuente: Decadal Trends in Sea Level Patterns: 1993–2004. Wunsch et al. (2007) "Intereses Marítimos" Oceanografía 56 Tendencia Global del NM (2) Fuente: Decadal Trends in Sea Level Patterns: 1993–2004. Wunsch et al. (2007) Lo que predicen los científicos para el 2100 Fuente: The Intergovernmental Panel on Climate Change. Change http://www.ipcc.ch/ Aumento de la temperatura El informe del IPCC (Febrero de 2007) predice aumentos de 1.8 - 4 °C. Aumento del Nivel del Mar El informe del IPCC predice un aumento del NM de 18 aumento adicional de 10 - 58 cm. Pueden esperarse un a 20 cm si se siguen derritiendo los hielos al ritmo que lo han hecho hasta ahora. Afirman que: “El calentamiento del sistema es inequívoco, evidente a partir de las observaciones en el aumento de la temperatura media global del aire y los océanos, el derretimiento general de los hielos y el ascenso del NM” “ Es MUY PROBABLE que el aumento de la temperatura media global desde mediados del siglo XX se deba al aumento observado en la concentración de los gases de efecto invernadero” Onda de Tormenta Las ondas de tormenta (storm surges) son las modificaciones del nivel del agua producidas por cambios bruscos de presión atmosférica y efecto de arrastre del viento, que alteran a la marea astronómica. Su duración puede variar desde algunas horas hasta 2 ó 3 días produciendo, en ocasiones, alturas que difieren en más de 1 m con las de la marea predicha. Puerto de Buenos Aires 14 al 20 de Mayo de 2000 400 350 300 Altura (cm) 250 200 Onda de tormenta 150 100 50 0 14 15 16 17 18 Tiempo (Días) Marea Observada Marea Predicha Nivel Medio Observado 19 20 • PARA LA PRÁCTICA .. Elijen SURFACE Wind speed o sea level pressure