Giros ciclónicos

Fenómenos atmosféricos. Circulación atmosférica. Acción del viento. Espiral de Ekman. Efecto de Coriolis. Atmósfera e hidrosfera

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Los giros ciclónicos: causas y consecuencias INTRODUCCIÓN

El océano presenta varios tipos de corrientes, de las cuales las más comúnmente estudiadas son las horizontales, que dan lugar a la circulación oceánica global. Sin embargo, en el mar se producen también movimientos verticales de las aguas, debidos, al igual que las corrientes superficiales, a la acción del viento. Esto demuestra la íntima relación existente entre la atmósfera y el océano. La circulación atmosférica y los movimientos de las masas de aire tienen importantes consecuencias sobre la dinámica oceánica.

Los giros ciclónicos son movimientos producidos en el agua marina debido a la acción de un viento de tipo ciclónico sobre la misma, y tienen importantes consecuencias para todo el ecosistema marino, ya que dan lugar al ascenso de aguas profundas (fenómeno que se conoce como afloramiento), ricas en nutrientes. Debido a esto se produce un aumento general de la producción en la zona donde ocurre el giro.

A continuación se expondrán la generación de estas estructuras, teniendo en cuenta los factores físicos que intervienen en su formación, como la rotación terrestre, la presión atmosférica, el área geográfica que estudiemos, etc., y las importantes consecuencias que tienen para las biocenosis y las redes tróficas marinas.

DESARROLLO

La atmósfera y el océano son estrechamente interdependientes, ya que la atmósfera es el motor de la circulación de los océanos. Las masas de agua de la superficie del mar están en constante movimiento debido principalmente a la acción de los vientos, que producen olas y corrientes. Las corrientes son movimientos del agua que dan lugar al transporte horizontal de masas de agua.

El viento ejerce sobre la superficie del agua, por rozamiento, una fuerza cuya dirección depende de la dirección del viento. En esta dirección influye también la rotación terrestre., debido al efecto de Coriolis, que supone que un objeto (en este caso, una masa de agua) que se mueve sobre la Tierra a velocidad constante con una componente de dirección norte-sur se ve desviado en relación con la Tierra que gira. En el hemisferio norte se desvía en el sentido de las agujas del reloj (hacia la derecha), y en el hemisferio sur en el sentido opuesto. Este efecto se debe a la rotación de la Tierra hacia el este, y depende de la velocidad de la partícula en movimiento y de la latitud: es nulo en el ecuador y máximo en los polos. Debido a esto, se puede decir que, a grandes rasgos, las corrientes en el hemisferio norte giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que en el hemisferio sur, el sentido de giro es antihorario.

Estas corrientes globales son superficiales. Pero la energía del viento se transmite hacia abajo por la columna de agua, y pone en movimiento a las capas inferiores de forma sucesiva. Cada capa recibe una cantidad decreciente de energía, y por tanto su velocidad será menor. Además, debido al efecto de Coriolis, cada capa puesta en movimiento es desviada con respecto a la inmediatamente superior. Hay que añadir también que la fuerza de Coriolis se incrementa cuando disminuye la velocidad. El resultado es lo que se denomina espiral de Ekman (fig. 1).

Según la espiral de Ekman, a cada profundidad el agua se mueve un poco más despacio y un poco más hacia la derecha que el agua que está justo encima. A una profundidad determinada, el agua se estará moviendo exactamente en la dirección opuesta a la corriente superficial, es decir, con una desviación de 225º con respecto a la dirección del viento. A qué profundidad ocurre esto depende de la intensidad de la fuerza de Coriolis, que depende de la latitud, como vimos antes. Según la teoría, cualquiera que sea la profundidad a la que se encuentre esta desviación de 180º con respecto a la dirección de la corriente superficial, la velocidad de la corriente allí será 1/23 la de la superficie.

El efecto de Coriolis también afecta a los vientos. Los vientos fluyen desde zonas de altas presiones hacia zonas de bajas presiones. Pero este flujo no es en línea recta, ya que debido a la fuerza de Coriolis, los vientos que salen de los centros de altas presiones se desvían hacia la derecha (en el hemisferio norte). Así, en latitudes situadas hacia el norte, los vientos giran en el sentido de las agujas del reloj desde los centros de altas presiones (fig. 2).

Los vientos alrededor de un centro de bajas presiones se llaman vientos ciclónicos, y alrededor de un centro de altas presiones, anticiclónicos.

La acción del viento sobre la superficie del mar, además de las corrientes horizontales, provoca asimismo movimientos verticales: cuando las aguas surgen de niveles profundos (100 - 200 m) se dan fenómenos de convergencia (afloramiento o upwelling); cuando las aguas se hunden el proceso se llama divergencia (hundimiento, downwelling o sinking). Estos movimientos se observan tanto en alta mar, en pleno océano, como a lo largo de las costas de los continentes. Nos centraremos en los fenómenos de afloramiento en mar abierto producidos por sistemas de corrientes giratorias, con movimiento ciclónico, denominadas giros ciclónicos.

La fig. 3 muestra el efecto en las aguas superficiales de un viento ciclónico en el hemisferio norte. El transporte de Ekman se produce hacia la derecha del viento, causando la divergencia del agua superficial y el consiguiente afloramiento de agua profunda, acompañado de una elevación de la termoclina. El agua superficial, menos densa, es impulsada hacia fuera por el movimiento ciclónico y la superficie del mar se hunde, la termoclina sube y el agua profunda, más densa y rica en nutrientes, aflora en la capa superior, dando lugar a un aumento de la producción. Esto da lugar a la aparición de frentes pesqueros: bandas de agua marina superficial donde la población de plancton es elevada, y que coinciden condiciones de baja temperatura.

Los giros ciclónicos aparecen en las zonas del norte del océano Pacífico y Atlántico, y en el mar de Noruega y Groenlandia (ver fig. 4). Pueden denominarse también giros subpolares, ya que son producidos por los sistemas de bajas presiones subpolares, especialmente en invierno. También hay dos giros importantes en las cercanías del continente antártico: el giro ciclónico del mar de Weddell y el giro del mar de Ross.

'Giros ciclónicos'

'Giros ciclónicos'

La formación de estos giros puede ocurrir a partir de “meandros” generados en corrientes rápidas, como son la corriente del Golfo, la de Kuroshio y la corriente Circumpolar Antártica. Veremos un ejemplo de formación de giros ciclónicos en la corriente del Golfo, situada al lado del margen continental este de Norteamérica. En latitudes altas, esta corriente serpentea, y en ocasiones uno de los “lazos” que forma se hace tan pronunciado que se rompe en un remolino y se aleja a la deriva. Estos giros se denominan eddies (del inglés, remolinos). En la fig. 5 podemos ver la secuencia de formación de uno de estos eddies, que comienza con la formación de un lazo a lo largo del lado noroeste de la corriente del Golfo (1). A medida que el lazo crece (2), se va aislando de la corriente (3). Así, una invasión de agua fría (2,3) puede quedar aislada en la corriente. Finalmente, tenemos dos anillos (4). El agua fría forma un giro ciclónico (también llamado de núcleo frío), mientras que el agua caliente aislada de la corriente del Golfo forma un giro anticiclónico (de núcleo caliente). La productividad es baja en el giro de núcleo caliente y alta en el giro de núcleo frío.

A veces, estos fenómenos se denominan mesoscale eddies, para enfatizar que son fenómenos que ocurren a escala intermedia. Son análogos de los sistemas climatológicos de la atmósfera, pero las distintas densidades de aire y agua implican que, mientras que los ciclones y anticiclones atmosféricos tienen escalas de longitud de unos 1000 km y una duración de aproximadamente una semana, los mesoscale eddies suelen tener una longitud de 50 - 200 km y una duración de uno a varios meses. Además, viajan a una velocidad de unos pocos kilómetros al día (comparados con los 1000 km por día de los sistemas climatológicos atmosféricos) y tienen corrientes rotatorias con velocidades del orden de 0,1 m.s-1. Hay que tener en cuenta el efecto de la propia evolución temporal de los giros sobre sus características físicas y biológicas. En función de la edad (tiempo desde que formó el giro), estas estructuras están asociadas con diferentes estados de actividad biológica, resultante de cambios en la intensidad del bombeo de nutrientes hacia la capa fótica.

En estudios realizados en el Atlántico NE subtropical, se ha observado una gran variedad interanual tanto en lo que se refiere al número de estructuras generadas como al tiempo de vida y al área superficial ocupada por cada una de estas estructuras. También se detecta variabilidad estacional. Por ejemplo, en el caso de los giros procedentes de la corriente de Azores, la mayoría de ellos se detectan entre los meses de octubre y febrero. Esta observación coincide con el incremento de energía que se observa en la corriente de Azores durante el invierno. La variabilidad interanual está relacionada con la magnitud del índice hidroclimático GSNW (Gulf Stream North Wall), que refleja cambios en la latitud del límite norte de la Corriente del Golfo.

La fig. 6 es una imagen captada por el satélite CZCS (Coastal Zone Color Scanner) que muestra una serie de giros ciclónicos y anticiclónicos producidos por la corriente del Golfo. El color rojo indica el máximo de clorofila, y el azul indica el mínimo. Aunque clorofila y producción no son sinónimos, se aprecia que en el giro anticiclónico (warm core ring) el nivel de clorofila es muy bajo, siendo mayor en el giro ciclónico (cold core ring). Además de un aumento de la producción, en los giros ciclónicos se produce un descenso de las tasas de respiración (balance neto de producción de oxígeno positivo)

'Giros ciclónicos'

Los giros ciclónicos tienen velocidades modestas, de algunos metros al día. Por ejemplo, para el giro de Alaska (situado en el Golfo de Alaska) se ha estimado una tasa de movimiento vertical de agua de unos 10 metros por año. A pesar de ello, estos movimientos revisten una gran importancia en los fenómenos biológicos. El aspecto más importante es el hecho de que modifican la distribución espacial del fitoplancton. Son un vehículo crucial para el transporte de nutrientes a la capa fótica de las aguas oceánicas. En algunas zonas, como en el Atlántico NO subtropical, se ha evidenciado que los giros ciclónicos constituyen el principal mecanismo de aporte de nutrientes a la capa eufótica (se ha estimado que la actividad de estas estructuras podría representar aproximadamente un tercio del flujo total de nitrato que llega a dicha capa). Los fenómenos de afloramiento con surgencia de aguas profundas contribuyen a enriquecer las capas superficiales con sales nutritivas indispensables para el crecimiento y desarrollo del fitoplancton. De este último, en realidad, depende la cadena alimentaria marina y, en definitiva, la actividad pesquera y la económica de muchos países. En las regiones de afloramiento, las formas dominantes de fitoplancton son las diatomeas. La posición de estos giros también debe tenerse muy en cuenta en estudios de dispersión de especies de importancia comercial, ya que el reclutamiento de muchas especies marinas está fuertemente ligado al movimiento hacia la superficie, pues deben permanecer en la porción superior de la columna de agua al menos en alguno de sus estadios larvales, y esto se ve favorecido por los fenómenos de upwelling. El conocimiento de los patrones de flujo en estas zonas también ayuda a determinar aquellas áreas que son más propensas a una gran acumulación de especies planctónicas dañinas que producen afloramientos tóxicos (mareas rojas producidas por grandes concentraciones de dinoflagelados). Los efectos del afloramiento sobre la biota son particularmente evidentes en los meses estivales, es decir, precisamente cuando los demás sistemas marinos se encuentran en condiciones de escasa producción fitoplanctónica por la carencia de nutrientes. Además, los fenómenos de afloramiento desempeñan un papel esencial en la distribución y fisiología de las biocenosis planctónicas, en la migración de los grandes animales pelágicos, y también sobre las comunidades bentónicas.

El gran crecimiento fitoplanctónico en estas zonas hace que la penetración de la luz sea menor y debido a esto el máximo subsuperficial de clorofila se sitúa a un nivel más superficial.

La posición de estas zonas de divergencia puede a veces inferirse por el color del agua superficial, porque, al ser más rica en nutrientes, y por lo tanto capaz de mantener mayores poblaciones de fitoplancton, el agua que ha aflorado a la superficie suele tomar un color más verdoso que el agua circundante. También suele estar más fría, y por eso estas zonas pueden estar señalizadas por bancos de niebla.

En los giros ciclónicos, el afloramiento no solo tiene como consecuencias el incremento de biomasa y producción del fitoplancton, sino que también afecta al zooplancton herbívoro (como los copépodos y eufausiáceos, éstos últimos conocidos como krill) que se alimenta del fitoplancton, y así sucesivamente influye a lo largo de las cadenas tróficas marinas. En aguas polares y templadas, la mayoría del zooplancton (por ejemplo los copépodos) pasa el invierno en estado latente en aguas profundas y sube a la superficie para reproducirse durante los períodos de proliferación de diatomeas debidos a los afloramientos La diversidad y la riqueza de especies son más elevadas en las áreas de giros ciclónicos que en otras áreas oceánicas. La producción anual en estas zonas puede alcanzar los 1000 g/cm3, mientras que en el resto del océano normalmente no supera los 100 g/cm3.

CONCLUSIONES

Como hemos visto, las consecuencias necesarias para que se de un giro ciclónico son bastante específicas Aún así, estos giros tienen una gran importancia en determinadas zonas, debido a sus efectos, directos o indirectos, pero casi siempre beneficiosos para los organismos marinos de todos los niveles tróficos. Incluso a nivel humano también deben tenerse en cuenta, ya que estas podrían constituir áreas potenciales para la explotación de todo tipo de recursos biológicos marinos.

Conocer la situación y evolución de los giros es muy importante porque, además de darnos una idea de la abundancia de organismos, de cara a una posible explotación comercial, estos fenómenos a media escala pueden influir sobre la dinámica oceánica a una escala mayor, modificando el patrón de corrientes.

Un estudio detallado de varias de estas estructuras proporcionaría datos muy valiosos a nivel científico, ya que la riqueza específica es aparentemente mayor en su interior que en el resto del océano, y esto podría servirnos para observar especies menos abundantes en otras zonas. También podrían aparecer especies de aguas profundas, arrastradas hacia arriba debido al afloramiento de aguas profundas, que de otra manera serían más complicadas o incluso imposibles de observar.

En definitiva, estos fenómenos constituyen una muestra de la interrelación existente entre dos de los sistemas terrestres (atmósfera e hidrosfera), y son de gran relevancia en todos los niveles del ecosistema oceánico.

BIBLIOGRAFíA

Libros:

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Artículos:

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  • Mouriño B., E. Fernández, H. Etienne, F. Hernández, and S. Giraud. Significance of cyclonic SubTropical Oceanic Rings of Magnitude (STORM) eddies for the carbon budget of the euphotic layer in the subtropical northeast Atlantic. J. Geophys. Res., 108(C12), 3383, doi:10.1029/2003JC001884, 2003.

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Figura 1: Representación de la espiral de Ekman y del efecto de Coriolis. La longitud y orientación de los vectores representan la velocidad y la dirección de las corrientes. Para la capa de Ekman (la columna de agua afectada por la acción de la espiral) la fuerza debida al viento está compensada por la fuerza de Coriolis, que en el hemisferio norte se dirige 90º a la derecha en relación al valor medio del movimiento de Ekman.

Esfuerzo del viento

Movimiento medio de la capa de Ekman

Fuerza de Coriolis

Profundidad de influencia del rozamiento

Capa de

Ekman

Viento

H

(a)

L

(b)

Figura 2: Acción de la fuerza de Coriolis sobre los vientos en el hemisferio norte. (a) Vientos que abandonan los centros de altas presiones. (b) Vientos que llegan a los centros de bajas presiones. En el hemisferio sur ocurre lo contrario.

Figura 3: Incremento de la producción en los giros ciclónicos

Figura 4: Localización de los giros ciclónicos

Figura 5: Secuencia de formación de un giro ciclónico a partir de la corriente del Golfo

Figura 6: Giros generados a partir de la corriente del Golfo