Termodinámica de los Océanos

1) La superficie libre que linda con la atmósfera, (la superficie del mar).
2) La superficie fija que linda con la parte sumergida de la corteza terrestre, (el fondo del mar).
3) El borde que linda al mismo tiempo con la atmósfera, con la tierra emergida y la tierra sumergida, (la costa).
Es a través de estas fronteras que el mar intercambia materia y energía con los medios adyacentes. Los procesos que ocurren en las fronteras producen las condiciones primarias que, a su vez, establecen las características y el movimiento de las aguas en el mar.

El océano mundial constituye uno de lo s agentes fundamentales del sistema termodinámico de nuestro planeta. En tal sentido su función es la de almacenar y redistribuir la energía de radiación proveniente del sol. Esta energía hace a la maquina funcionar en sus minúsculos detalles físicos, químicos y biológicos para tarde o temprano, regresar al espacio cósmico en forma de radiación.

La fuente primitiva de la energía radiante es la radiación solar, la que llega hacia la tierra se denomina radiación de onda corta que es en parte absorbida por esta, y una porción variable remitida hacia el espacio por el mar, áreas cubiertas de nieve, desiertos... que sumada a la luz emitida por las nubes y el aire, constituye lo que llamamos el albedo de la tierra, la luz que hace a nuestro planeta visible en el espacio.
Aunque lo siguiente no atañe a nuestro enunciado del artículo, nos parece importantísimo.:
La cantidad de energía que alcanza la tierra desde el espacio exterior tiene que ser aproximadamente igual a la energía que la tierra emite al espacio durante el mismo lapso. (ley de Stefan-Boltzman). Razón por la que la superficie terrestre, incluyendo el océano y la atmósfera, deben mantener un valor promedio de temperatura que corresponda al equilibrio de radiación con el espacio exterior. Si las condiciones de radiación se alteran, la temperatura del emisor se adaptará a las nuevas condiciones para restaurar el equilibrio.
Ese mecanismo lo llamamos, el efecto de invernadero.

En la atmósfera, el anhídrido carbónico es un factor limitante para la radiación térmica hacia el espacio. Un aumento de ese gas en la atmósfera resulta un aumento de la temperatura sobre la tierra.

La utilización de hidrocarburos fósiles como combustible, produciendo a su vez C0₂ en cantidades suficientes para aumentar su concentración en la atmósfera da como resultante un aumento de la temperatura en el equilibrio de radiación. Pensando en el equilibrio de concentración de CO2 entre el océano y la atmósfera, se cree que el agua de mar absorberá una buena parte del exceso, evitando de este modo alteraciones climáticas de mayor trascendencia. Si se excede a la capacidad de absorción de CO2 por el mar, la temperatura de atmósfera aumentará que es lo que se conoce como calentamiento global.
Comentado esto y como “Aviso a los Navegantes” volvemos a entrar en harina.
La cantidad de radiación solar que alcanza un determinado punto de la superficie del mar, depende de la latitud del lugar, la estación del año, la humedad y la nubosidad de la atmósfera, y de la emitida por la propia atmósfera, principalmente del vapor de agua.
Por regla general, el fondo del mar se halla fuera del alcance de la radiación solar.
La temperatura de las aguas profundas apenas varía: es de +/-2 ºC, excepto en algunas pequeñas fuentes termales. En la imagen se muestra el perfil típico, que se suele dividir en tres capas (nótese que, tanto para el mar como para el aire, son los cambios de temperatura los que se usan para definir la estratificación):

• Capa mezclada, casi isoterma (<0,3 km).
• Capa termoclina o de gradiente térmico (entre 0,3 km y 1 km).
• Zona abisal, casi isoterma (>1 km).

La temperatura del agua oceánica influye en:

· El clima global de la Tierra (temperatura media) y su distribución regional (transporte de energía del Ecuador a los Polos).
· El amortiguamiento de las oscilaciones térmicas anuales y diarias.
· La formación de ciclones tropicales, cuando el transporte Ecuador→Polos hace que haya capas de agua muy caliente (>27 ºC, con más de 50 m de espesor), a más de 10º de latitud (para que el efecto Coriolis realimente la depresión); hace falta que haya gradiente atmosférico inestable.
· La densidad del agua, cuya distribución origina las corrientes oceánicas profundas.
· La salinidad de las masas de agua, indirectamente a través de las corrientes y los cambios de fase.
· El poder disolvente del agua (al aumentar la temperatura disminuye la capacidad de disolver gases, pero suele aumentar la de disolver sales).
· La flora y fauna acuáticas.

Sin océanos, nuestra auténtica máquina térmica (maquina térmica es un dispositivo especial que pude convertir el calor en trabajo), la variación de la temperatura diurna/nocturna sería brutal. La temperatura media de la Luna es de -1 ºC por la falta de atmósfera y océano, recibiendo la misma constante solar, mientras que las temperaturas medias de Venus y Marte son unos 500 ºC y unos -50 ºC. La variación día/noche en nuestro satélite es de más de 100 ºC durante el día, a menos de -100 ºC durante la noche

Con nuestra perfecta “máquina térmica” llamada océano, la temperatura del aire en tierra puede variar de la noche al día en unos 10 ºC a 20 ºC , pero la del aire en la superficie del mar sólo varía 2 ºC a 4 ºC, y la del agua en la superficie 0,2 ºC. (Las variaciones estacionales son algo mayores).

Esto que implica, pues que después de la declinación del Sol sobre el Ecuador (verano en el Hemisferio Norte, declinación solar positiva y negativa en invierno) el agua es el principal controlador del clima en la Tierra; al comportarse en relación a las radiaciones casi como un agujero negro (basta 1 mm de agua para absorber el 80% de la radiación solar incidente); siendo su inercia térmica el mayor determinante del efecto climático al ser su capacidad térmica específica 4 veces mayor que la de la tierra.

Recalcando lo anterior la vital importancia del “ciclo del agua” es definitoria. Evaporación – Condensación – Precipitación con lo que conlleva :
Evaporación.- el agua líquida almacena en el cambio a gas una energía equivalente a calentar el líquido 500 ºC, aportando amortiguamiento térmico.
Condensación: las nubes, liberan toda esa energía térmica y son escudo radiativo capaz de ocultar el sol. Precipitación.- no vamos a recalcar más sobre una de las fuentes de vida.

Además la gran inercia térmica del mar frente a la tierra, da lugar a un gradiente de temperatura que hace que por el día surja una brisa marina, que amortigua el calor o el frío de las tierras costeras, y que por la noche aparezca una brisa terrestre (ver sección en meteorología de vientos terrales y brisas).