IX. LAS MAREAS. SU ENERGÍA Y SU UTILIZACIÓN

CUANDO una persona se encuentra sobre un peñasco al borde del mar observando cómo choca el agua sobre la roca, puede afirmar que está sintiendo el "pulso del océano". Las olas que produce el viento al accionar sobre la superficie del mar marcan sobre la costa un ritmo constante; pero también se puede registrar, al observar el mar durante todo un día, que se presenta un ritmo más lento, generalmente dos veces por día, y que constituye las mareas.

Plinio, pensador latino nacido en el año 23 y muerto en la erupción volcánica que destruyó Pompeya, describe en su obra Historia naturalis sus observaciones sobre las mareas, señalando que la circunstancia más extraordinaria que se presenta en las aguas del mar es el flujo y reflujo alternado con las mareas, causado por la acción que ejercen el Sol y la Luna sobre el agua del mar: la marea fluye y refluye dos veces entre dos salidas de la Luna, siempre en un espacio de veinticuatro horas. Primero, la Luna hace crecer la marea y, cuando llega al cenit, declina y se pone, hace que la marea descienda, y al presentarse el Sol, la marea crece de nuevo; después de lo cual cede y vuelve a subir cuando aparece nuevamente la Luna.

Las observaciones sobre las mareas realizadas por los pensadores de aquella época se realizaron principalmente en el Mar Mediterráneo y fueron aumentando cuando se iniciaron los viajes en todos los mares del planeta; sin embargo, muchos de estos informes fueron relatos hechos con grandes fantasías, sobre las mareas que se presentaban en las costas a las que iban llegando.

Una nota curiosa de aquellas épocas, es la que narra que cuando César realizó su primera invasión de Britania, no tomó en cuenta las mareas que se presentaban en las costas de Kent, lugar que seleccionó para el desembarco, y cuando estuvo frente a ellas la marea alta se produjo una hora antes de la medianoche y llegó a una altura superior a la normal, por ser una marea de plenilunio, lo que provocó que la mayor parte de su flota sufriera daños, por lo cual César tuvo que retirarse para planear su desembarco tomando en cuenta el comportamiento del mar.

Si César hubiera efectuado cuidadosas observaciones sobre los fenómenos de la marea durante un periodo razonablemente largo, habría descubierto que el mar crece, a lo que se le llama pleamar, y se retira dos veces por día. Existen generalmente cuatro mareas de diferente nivel diariamente: 2 mareas altas y 2 mareas bajas. La diferencia entre la pleamar y la bajamar recibe el nombre de amplitud de marea.

Figura 17. Características de las mareas.

Las mareas presentan gran diversidad de comportamiento, lo que hace que su estudio sea fascinante, ya que las condiciones locales y la configuración del terreno pueden originar que el ascenso y descenso de las aguas presente un curso poco usual. En algunos lugares hay una sola marea por día. En otros no se puede hablar de marea en el sentido de pleamar y bajamar, pero en cambio enormes corrientes avanzan o retroceden, influyendo en grandes extensiones de la costa y produciendo gigantescas olas de marea.

El estudio científico del comportamiento de las mareas se debe a Isaac Newton, que lo analiza en su obra Principios matemáticos de la Filosofía natural (1686). En esta obra Newton, con su ley de gravitación, calculó la altura de la marea según la fecha del mes, la época del año y la latitud. Sin embargo, en muchos de sus estudios considera que las mareas representan un equilibrio y no tomó en cuenta que las mareas representan un fenómeno dinámico. Fue el sabio Simón Laplace quien en su obra Mecánica celeste complementó las teorías de Newton.

Posteriormente muchos investigadores han colaborado con trabajos para el conocimiento de las mareas como los de Rémi Chazallon, que en 1839 publicó el primer Anuario de mareas de las costas de Francia utilizando los primeros mareógrafos que probablemente se inventaron en 1850, y en 1872 lord Kelvin construyó un aparato para predecir mareas.

La elevación y caída del nivel del mar se presentan de manera periódica y son más notables a lo largo de las líneas de costa del planeta. El intervalo entre una pleamar y la siguiente generalmente no es doce horas, sino de alrededor de doce horas y veinticinco minutos, por lo cual la pleamar se atrasa todos los días y está relacionada con el hecho de que la Luna también alcanza su punto más alto cerca de los quince minutos más tarde cada día. Esto implica que los dos fenómenos se presenten en diferente momento; la marea alta se produce, en general, algunas horas antes o después del paso de la Luna, y esta variación de tiempo depende además de la fecha del mes en que ocurra.

Como se sabe, no sólo es la Luna la que causa este interesante fenómeno, sino que también el Sol interviene de manera directa en su producción; sin embargo, el período de las mareas solares sólo es de 24 horas. Todos los principios señalados para los efectos de la gravedad lunar sobre el océano pueden aplicarse al Sol, aunque su masa sea mayor (alrededor de 27 millones de veces la de la Luna) ya que está unas 400 000 veces más lejos, y por esta razón el efecto que la Luna ejerce sobre las aguas del océano es dos veces mayor que el provocado por el Sol. Las fuerzas de marea del Sol sólo representan el 46 por ciento en relación con las producidas por la Luna.

Figura 18. Mareas vivas.

Figura 19. Mareas muertas.

Otro aspecto que se tiene que tomar en cuenta en el comportamiento de las mareas es su altura. Por ejemplo, en ciertos lugares la marea nocturna es más alta que la diurna; en otros, un arrecife de coral que cierto día, aun en la baja mar, quedó bien cubierto, puede quedar completamente expuesto quince días después. Esta variación quincenal está relacionada con los movimientos lunares: cuando la Luna está llena, la amplitud de las mareas es mayor, y cuando está en cuarto menguante o creciente, es mínima.

Las mareas que se producen durante el periodo de cada mes lunar, en el que el Sol, la Luna y la Tierra se encuentran en línea recta, tienen mayor diferencia de nivel entre la marea más alta de la pleamar y la marca mínima de la bajamar, debido a que los efectos de la gravedad del Sol y la Luna se suman y son más fuertes. Estas mareas se denominan mareas vivas de primavera o equinocciales.

Los efectos opuestos ocurren cuando el Sol y la Luna están colocados formando un ángulo recto en relación con la Tierra, lo cual anula parcialmente la acción de la gravedad, resultando mareas más débiles que presentan poca diferencia entre los niveles más alto y más bajo de la marea. Éstas se denominan mareas muertas o de cuadratura.

Cada mes lunar consta de dos series de mareas equinocciales que alteran con dos series de mareas muertas, y entre ellas existen algunos días de transición que presentan mareas intermedias.

Cuando se miden los niveles de las mareas, se toma en cuenta que el océano está sometido a diversas fuerzas, como las influencias gravitatorias de los astros, los vientos predominantes, la densidad variable de las masas de agua, etcétera. Además se tiene que considerar que el nivel del mar es diferente en los distintos océanos: es más alto en la costa del Océano Pacífico que en la del Atlántico, diferencia que puede deberse a la menor densidad del agua del Pacífico, e influye en la intensidad de las mareas.

La manera más simple para efectuar mediciones de las mareas consiste en introducir una regla de madera graduada en un lugar poco profundo de la costa pero para poder registrar, lo más exacto posible, el lento cambio de la marea, se tienen que evitar las variaciones de nivel del mar en el periodo corto durante el que se mide, ya que el mar nunca está quieto; aun en la más completa calma se agita y se levanta formando olas.

Para iniciar este tipo de medición generalmente se utiliza la bajamar media, como nivel de referencia, que se encuentra registrada en la mayor parte de las cartas de navegación. Esto permite contar con un punto de partida para hacer las observaciones.

En la actualidad se cuenta con métodos de mayor precisión, y se han construido dispositivos de medición llamados mareógrafos, los cuales pueden estar colocados en los buques oceanográficos o en boyas para registrar los cambios de marea.

Las mediciones de la marea permiten calcular la frecuencia con que se presentan los cambios de ellas, es decir, hacer la predicción de las mareas. Hasta hace pocos años, los aparatos para predecir las mareas eran mecánicos; ahora se utilizan computadoras electrónicas que hacen el trabajo de manera más rápida y eficiente y se programan para que impriman automáticamente las tablas de marea.

En todos los países con costa existen instituciones que registran las mareas y publican tablas con esta información con el fin de que sea aprovechada; por ejemplo, en México, el Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México publica las de sus costas; en los Estado Unidos se registran en cuatro volúmenes: el primero para las costas de Europa, el Mediterráneo y la costa Oeste de África; el segundo para la costa este de Norte y Sudamérica; el tercero para la costa oeste de Norte y Sudamérica, y el cuarto para los océanos Pacífico e Índico; en Inglaterra las tablas de mareas ofrecen predicción detallada para 130 puertos patrones y permiten calcular las de 10 mil puertos del mundo; y en España aparece el Anuario de mareas editado por el Instituto Hidrográfico de la Marina.

En las diferentes playas del mundo las mareas presentan características específicas, sobre todo en cuanto a su amplitud; tal es el caso de Puerto Peñasco, Sonora, en donde ésta alcanza 8 metros; los puertos de Liverpool y Bristol en Inglaterra tienen mareas vivas que producen ascensos y descensos de 9 a 10 metros; en Braunagar, India, la amplitud llega a 12.5 metros; en la Bahía de Mont-Saint-Michel, Francia, a 15 metros, y en la Bahía de Fundy, Canadá, es de 19.5 metros. Esta característica de las mareas presenta una serie de problemas para los diferentes tipos de puertos, ya que hace muy difícil el manejo de los barcos.

Amplitudes en metros	Costa
8.0	Puerto peñasco, Sonora, México
9.0 — 10.0	Liverpool y Bristol, Inglaterra
12.5	Braunaga, India
14.0	Bahía Collier, Australia
15.0	Bahía Mont-Saint-Michel, Francia
18.0	Río Gallegos, Argentina
19.5	Bahía Fundy, Canadá

Las mareas también intervienen en la modificación de las características de las costas, pues depositan o se llevan material. En la desembocadura de los ríos el material se puede depositar cerca de la orilla, formando los llamados bajos; o puede ser transportado y dispersado por las corrientes paralelas a la costa. Las características que tomarán las diferentes costas modificarán también la vida tanto vegetal como animal que en ese lugar se desarrolle; allí se encontrarán seres cuya forma de vida sufre una exposición cíclica al mar y al aire, a causa de las mareas.

Para un observador que se encuentre en la arena de una playa, el ascenso de la marca difícilmente sugiere una enorme energía; sin embargo, la energía que la marca disipa continuamente en nuestro planeta es del orden de los millones de caballos de fuerza.

Esta energía de los mares es aprovechada por el hombre de diferentes maneras, por ejemplo, se utiliza para mover ruedas hidráulicas, lo que se conoce desde los comienzos de la historia de la humanidad, que sirven para irrigar los campos o para el molido de los cereales, como las cuatro ruedas hidráulicas empleadas para moler especias, en Chelsea, Massachusetts, donde con la máxima amplitud de la marea generan alrededor de 50 caballos de fuerza, o para fabricar hielo, como la de Ploumanach, que en 1898 producía 450 kilogramos diarios.

Otra manera de aprovechar las mareas es establecer centrales hidroeléctricas, cuyos antecesores son los molinos de marea los cuales tropezaron con el problema de que las mareas son variables en intensidad y, por lo tanto, su potencia no es constante, ahora, la ingeniería hidráulica ha construido maquinaria y estructuras que se adaptan para utilizar al máximo la energía producida por la marea.

El lugar seleccionado para montar una central mareomotriz debe contar con fuertes mareas para que la amplitud sea grande, con un gran depósito de agua, y con que las mareas se presenten en áreas restringidas para que la obra a realizar tenga las menores dimensiones, con el fin de que el costo sea bajo.

Se han estudiado muchos lugares de las costas para el establecimiento de este tipo de centrales, y algunas se han instalado en plan piloto, como la que se construyó en Francia, en las costas bretonas de la Bahía Mont-Saint-Michel; la de la desembocadura del Devern, en Gran Bretaña; en las costas del Mar Blanco, en la Unión Soviética; en el Golfo de Cambay en India; en la Bahía Fundy en Canadá, y en las costas de la Patagonia en Argentina.

Actualmente se cuenta con una central de aprovechamiento de la energía de la marea a escala industrial, construida en una barrera a través de la entrada del estuario del río Rance, en Bretaña, Francia, el cual desemboca en el Canal de la Mancha entre Saint-Malo y Dinard. En este lugar la amplitud de la marea es de 13.50 metros y el agua entra y sale del estuario a razón de 18 000 metros cúbicos por segundo, produciéndose un volumen útil de más de 170 millones de metros cúbicos; además, su depósito puede contener 184 millones de metros cúbicos de agua. Las instalaciones constan de cuatro partes principales: la represa, la central generadora de energía, las esclusas para la navegación y una serie de canales con válvulas reguladoras para acelerar el llenado y el vaciado del depósito, a través de un dique que une a las dos orillas que se encuentran a 750 metros de distancia.

Figura 20. Central mareomotriz del Rance, Francia.

Cada una de las 24 máquinas generadoras de energía que quedaron instaladas en 1967 en el Rance, puede producir 10 000 kilowatts; por lo tanto, la producción máxima de potencia es de 240 000 kilowatts y en el año puede llegar alrededor de 670 millones de kilowatts-hora.

Por lo costeable de la producción de energía eléctrica por medio de las mareas, ya que la utilización del agua casi no cuesta, se están elaborando otros proyectos en los lugares del planeta en donde se presentan mareas de gran amplitud.