Circulación termohalina
Imagina que llenas un vaso con agua fría y salada y le echas encima agua tibia y dulce. No se mezclan de inmediato: la fría y salada se queda abajo. Algo parecido ocurre en el océano cerca de Groenlandia y la Antártida, y mueve agua alrededor de todo el planeta durante siglos. ¿Qué hace que el agua se hunda allí, y qué pasaría si el hielo de Groenlandia se derritiera? Lo resolvemos en esta página.
Temperatura, salinidad y densidad
La palabra termohalina viene del griego: thermo = calor (temperatura) y haline = sal (salinidad). La circulación termohalina es el movimiento lento de agua en el océano profundo causado por diferencias de densidad, y esas diferencias las producen la temperatura y la salinidad.
La densidad es la masa por unidad de volumen. El agua de mar típica tiene unos $1{,}027\ \text{kg/m}^3$. Dos reglas básicas:
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Más frío → más denso. Al enfriarse, las moléculas se acercan.
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Más salado → más denso. La sal disuelta agrega masa sin agregar mucho volumen.
La salinidad se mide en ppt (partes por mil, o gramos de sal por kg de agua). El océano abierto ronda 35 ppt.
El agua más densa se hunde y la menos densa flota encima. Por eso el agua fría y salada de las regiones polares es la que se va al fondo.
La palabra termohalina* combina dos raíces de origen griego. Con tus propias palabras, define la circulación termohalina. Nombra las dos propiedades del agua de mar que…
La palabra termohalina combina dos raíces de origen griego. Con tus propias palabras, define la circulación termohalina. Nombra las dos propiedades del agua de mar que la controlan e indica qué propiedad física del agua cambian esas dos propiedades.
Dos muestras de agua de mar están en contacto. La muestra A está a $2\,^\circ\text{C}$ con una salinidad de 35 ppt (35 g de sal por kg de agua). La muestra B está a…
Dos muestras de agua de mar están en contacto. La muestra A está a $2\,^\circ\text{C}$ con una salinidad de 35 ppt (35 g de sal por kg de agua). La muestra B está a $20\,^\circ\text{C}$ con una salinidad de 35 ppt. ¿Cuál de las muestras es más densa y cuál se hundiría por debajo de la otra? Explica en una o dos oraciones.
Un estudiante mide cuatro muestras de agua: | Muestra | Temperatura ($^\circ$C) | Salinidad (ppt) | |---|---|---| | A | 4 | 35.0 | | B | 4 | 36.0 | | C | 20 | 35.0 | | D…
Un estudiante mide cuatro muestras de agua:
| Muestra | Temperatura ($^\circ$C) | Salinidad (ppt) |
|---|---|---|
| A | 4 | 35.0 |
| B | 4 | 36.0 |
| C | 20 | 35.0 |
| D | 20 | 36.5 |
En este rango, agregar 1 ppt de sal aumenta la densidad en unos $0.8\ \text{kg/m}^3$, y calentar $1\,^\circ\text{C}$ la reduce en unos $0.2\ \text{kg/m}^3$. Ordena las muestras de la menos densa a la más densa. Luego indica cuál muestra se iría al fondo de un tanque que contuviera las cuatro y justifica tu orden.
Dónde se hunde el agua: hielo marino y la cinta transportadora
Cerca de Groenlandia y la Antártida el agua superficial se enfría mucho. Además, cuando el agua de mar se congela, forma hielo casi sin sal. La sal queda en el agua líquida de abajo. Este proceso se llama rechazo de salmuera (brine rejection).
Resultado: el agua justo debajo del hielo queda más salada y, como ya está helada, más densa todavía. Se hunde.
Esa agua, con salinidades de unos 35 a 36 ppt, forma, por ejemplo, el Agua Profunda del Atlántico Norte y el Agua de Fondo Antártica. Se desplaza por el fondo oceánico, sube lentamente en otras regiones y regresa en la superficie. Este circuito global se llama la cinta transportadora oceánica.
Esta circulación es muy lenta. Un recorrido completo tarda unos 1,000 años.
Cuando el agua de mar se congela cerca de la Antártida o en el Ártico, la mayor parte de la sal queda en el agua líquida en lugar de formar parte del hielo. Nombra este…
Cuando el agua de mar se congela cerca de la Antártida o en el Ártico, la mayor parte de la sal queda en el agua líquida en lugar de formar parte del hielo. Nombra este proceso y explica cómo afecta la salinidad y la densidad del agua justo debajo del hielo.
Los científicos estiman que un recorrido completo de la "cinta transportadora" global de la circulación termohalina dura unos 1,000 años y abarca una trayectoria de…
Los científicos estiman que un recorrido completo de la "cinta transportadora" global de la circulación termohalina dura unos 1,000 años y abarca una trayectoria de aproximadamente $20{,}000\ \text{km}$. Usa $1\ \text{año} \approx 3.15 \times 10^{7}\ \text{s}$.
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Calcula la rapidez promedio del agua profunda en km por año.
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Convierte esa rapidez a cm/s.
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Compárala con una rapidez típica de corriente superficial de $0.5\ \text{m/s}$ y explica por qué la circulación profunda se considera "lenta".
Cuando cambia el agua dulce
Si entra agua dulce en el océano (derretimiento de hielo, ríos, lluvia), baja la salinidad superficial y, con ella, la densidad. Agua menos densa se hunde menos.
Qué ocurriría con un aporte grande de agua dulce de Groenlandia:
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Baja la salinidad del Atlántico Norte superficial.
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Baja la densidad; el agua se hunde menos.
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La circulación se debilita y llega menos calor al noroeste de Europa por la Corriente del Golfo (Gulf Stream) y la Deriva del Atlántico Norte, que podría enfriarse.
Del mismo modo, menos hielo marino alrededor de la Antártida significa menos rechazo de salmuera, y el agua de deshielo terrestre diluye la superficie. Se formaría menos Agua de Fondo Antártica, el océano profundo quedaría menos renovado y la circulación podría hacerse aún más lenta.
El derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia agrega grandes volúmenes de agua dulce a la superficie del Atlántico Norte. Explica, paso a paso, cómo este aporte de…
El derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia agrega grandes volúmenes de agua dulce a la superficie del Atlántico Norte. Explica, paso a paso, cómo este aporte de agua dulce cambia la salinidad y la densidad del agua superficial. Luego explica cómo esos cambios podrían afectar el hundimiento del agua en el Atlántico Norte. Por último, predice qué ocurriría con el calor que la Corriente del Golfo y la Deriva del Atlántico Norte llevan hacia el noroeste de Europa.
Cerca de Groenlandia, la densidad del agua de mar superficial se puede aproximar con $$\rho = 1027.8 + 0.78\,(S - 35) - 0.15\,(T - 4)\ \ \text{kg/m}^3,$$ donde $S$ es la…
Cerca de Groenlandia, la densidad del agua de mar superficial se puede aproximar con
$$\rho = 1027.8 + 0.78\,(S - 35) - 0.15\,(T - 4)\ \ \text{kg/m}^3,$$donde $S$ es la salinidad en ppt y $T$ es la temperatura en $^\circ\text{C}$.
El agua fría y salada con $S = 35.2$ ppt y $T = 4\,^\circ\text{C}$ se hunde actualmente en este lugar.
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Calcula su densidad.
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El agua de deshielo reduce la salinidad a 34.0 ppt a la misma temperatura. Calcula la nueva densidad.
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Por separado, supón que el agua se calienta $2\,^\circ\text{C}$ sin cambio de salinidad. Calcula esa densidad.
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Compara los dos cambios. Decide cuál tiene mayor efecto sobre el hundimiento en este escenario y explica qué implica cada uno para la circulación termohalina y el transporte de calor a largo plazo.
El Agua de Fondo Antártica se forma en el Océano Austral cuando agua muy fría y salada se hunde a lo largo del borde del continente y luego se extiende por el fondo…
El Agua de Fondo Antártica se forma en el Océano Austral cuando agua muy fría y salada se hunde a lo largo del borde del continente y luego se extiende por el fondo oceánico. Supón que, durante varias décadas, el hielo marino alrededor de la Antártida se reduce y que el agua de deshielo de los glaciares terrestres también entra en el océano superficial.
Escribe un argumento de afirmación-evidencia-razonamiento (CER) que prediga cómo afectarían estos cambios (a) la formación del agua de fondo, (b) la estructura (estratificación) del océano profundo y (c) el tiempo de la circulación termohalina. Usa que un ciclo completo dura unos 1,000 años para explicar por qué los efectos totales de los cambios de hoy podrían aparecer a lo largo de muchos siglos.
Vuelve al principio: el agua fría y salada cerca de Groenlandia se hunde por su alta densidad. Si el deshielo la diluye, se hunde menos y llegaría menos calor a Europa.
Resumen
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La circulación termohalina es el movimiento del agua profunda causado por diferencias de densidad.
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Más frío y más salado significa más denso; el agua más densa se hunde.
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Al formarse hielo marino, la sal queda en el agua líquida (rechazo de salmuera) y el agua se vuelve más densa.
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La cinta transportadora global tarda unos 1,000 años en un recorrido: es muy lenta.
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El agua dulce de deshielo baja la salinidad y la densidad, y puede debilitar el hundimiento y el transporte de calor.