X. RELACIÓN ENTRE LA ATMÓSFERA Y EL OCÉANO, INTERCAMBIO DE CALOR Y ACCIÓN DEL VIENTO

CUALQUIER persona que se haya embarcado o se quede en la costa y observe una tormenta en el mar, conoce bien algunas de las consecuencias de la interacción entre la atmósfera y el océano. Sabe que hasta los buques más grandes pueden balancearse y cabecear haciendo que la tripulación la pase mal, y que las embarcaciones menores pueden quedar destruidas en un instante, o que las fuerzas del mar llegan a causar grandes catástrofes en los poblados de la costa y, algunas veces, ocasionan destrucción a muchos kilómetros dentro de ella.

Toda esta energía que el agua del mar produce cuando el viento sopla sobre su superficie, también hace que se desgaste la costa y llenen con limo las caletas y las bahías. Asimismo impulsa las grandes corrientes oceánicas, como la Corriente del Golfo de México, la de Kuro-Shivo y la del Perú, y produce los movimientos de las masas de agua en el seno del océano.

Otra de las consecuencias de gran importancia de la interacción del mar con el viento es que el agua necesaria para mantener la vida en el planeta circula constantemente gracias a la acción de este viento.

Durante los últimos 30 años se han logrado grandes adelantos en la comprensión de la relación entre la atmósfera y los océanos; a esto colaboran tres avances técnicos: el desarrollo de nuevos instrumentos de observación, por ejemplo, el satélite meteorológico, que ha revolucionado por completo las oportunidades de observar la atmósfera y averiguar que es lo que está sucediendo en todo momento; la implantación de nuevas técnicas experimentales que permiten simular la atmósfera con fluidos giratorios y estratificados, y reproducir en el laboratorio la dinámica de fenómenos como la nubosidad, y el uso de las computadoras de gran velocidad, que permiten hacer pronósticos utilizando modelos matemáticos en lugar de la intuición.

Además, cada vez se establecen nuevas estaciones de investigación tanto en tierra como en el mar, para observar la relación atmósfera-océano. Existen varias plataformas de observación meteorológica colocadas en el océano y muchos barcos de investigación oceanográfica se encuentran haciendo innumerables estudios sobre esta acción. La meteorología marina es la rama de la oceanografía física que se encarga del estudio de la interacción de los océanos con la atmósfera y del comportamiento diario de ésta en las regiones marítimas.

La atmósfera. está compuesta de un 78 por ciento de nitrógeno, 2I por ciento de oxígeno y 1 por ciento de otros gases como el bióxido de carbono, argón, criptón, xenón, helio, ozono, etcétera; su peso es de 9 046 cuatrillones de toneladas; alcanza una altitud de 65 000 kilómetros en donde se empieza a mezclar con la atmósfera solar, que se encuentra a 95 000 kilómetros de elevación sobre la superficie del planeta.

Figura 21. Estudio de la relación océano-atmósfera.

Figura 22. Zonas de la atmósfera.

Según sus características físicas y químicas, la columna de aire atmosférico puede ser dividida en las siguientes zonas: tropósfera, estratósfera, mesósfera, termósfera, exósfera y magnetósfera.

La tropósfera alcanza en promedio 8 kilómetros de altura, aunque en los polos su altura es de 5 kilómetros y, en las regiones tropicales, de 11 kilómetros, debido a la diferencia de temperatura de estas regiones, lo que hace que el aire cambie en densidad: cuando la temperatura es baja el aire es más denso y ocupa menor volumen.

La siguiente zona es la estratósfera, con una altura de 50 kilómetros y temperatura casi uniforme de menos de 2°C; en ella destaca una región llamada ionósfera, rica en ozono, O₃ que impide la penetración de la radiación ultravioleta del Sol hacia las capas inferiores de la atmósfera.

Por encima de la estratósfera están la termósfera, la exósfera y la magnetósfera, que ocupan una región entre los 100 y los 65 000 kilómetros, que es donde empieza la capa de mezcla entre la atmósfera terrestre y la del Sol.

La relación entre la atmósfera y el océano se lleva a cabo en la tropósfera, debido a que la superficie de la Tierra es la fuente de calor, producido por la radiación solar, que calienta a la atmósfera, y que influye en las condiciones del clima y del tiempo regulando la cantidad de gases atmosféricos y la de vapor de agua.

Se puede considerar que la atmósfera y los océanos tienen el mismo origen, por lo que presentan casi el mismo tipo de constituyentes químicos; sin embargo, la superficie del océano es, en realidad, una superficie versátil e inestable de una complejidad asombrosa.

Al examinar la capa atmosférica que lo cubre se observa que existe un intercambio constante de masa en la interfaz mar-aire, es decir: de compuestos químicos suspendidos; de energía, que consiste principalmente en calor, y de impulso, representado por los vientos.

Cuando se considera la interacción atmósfera-océano, la masa tiene particular interés si se toman en cuenta las variadas sustancias que fluyen a través de la superficie oceánica y de la atmósfera y la influencia que estas sustancias tienen sobre los fenómenos que se suceden en ambos medios. Ejemplo de ellas son el vapor de agua, gases como el oxígeno y bióxido de carbono, y los diferentes tipos de sales, que son básicos para los sistemas biológicos del océano.

La energía está representada por el intercambio de calor que se realiza entre el océano y la atmósfera, lo que constituye un verdadero motor térmico. Dicho intercambio, es el responsable de que existan diferentes temperaturas en los polos y en el ecuador, y a su vez, este calentamiento diferencial es el que ocasiona la circulación de las masas de aire en la atmósfera y de las aguas en los océanos, lo que provoca que la temperatura se mantenga más o menos constante en las diferentes regiones de la Tierra.

En la dinámica total del calor de la Tierra intervienen: la zona de interacción mar-aire, la energía proveniente del espacio que atraviesa la atmósfera y es absorbida por el océano, los océanos que calientan la atmósfera que los cubre, y luego la atmósfera que transporta la energía a las regiones polares, donde puede ser emitida al espacio en forma de radiaciones.

En conjunto, la Tierra gana y pierde calor por los cambios que se presentan en las radiaciones solares, que reciben el nombre de flujo solar o insolación, y su balance térmico depende de la energía que le llega del Sol y de la que ella devuelve al espacio. En las latitudes bajas el ingreso de la energía proveniente de Sol es mayor que la pérdida de energía al espacio por radiación; en las altitudes altas, en cambio, el ingreso de energía proveniente del Sol es menor que la pérdida al espacio. En la misma latitud, por ejemplo, en toda África, la distribución del calor sobre la tierra es muy diferente que la del océano.

En las regiones entre los 20° y los 40° de latitud, las radiaciones llegan sin pérdida alguna convirtiéndose en energía calórica.

Por lo tanto, si se tomara en cuenta solamente el efecto de la radiación solar, se tendría un cambio constante de la temperatura de la Tierra; los trópicos tenderían a hacerce más cálidos, y las regiones polares se enfriarían cada vez más. Afortunadamente la temperatura de la Tierra, no depende sólo de las radiaciones dado que existe un flujo de energía desde los cálidos trópicos hacia los polos que se lleva a cabo en las porciones fluidas de la Tierra, es decir, tanto en la atmósfera como en los océanos.

Tomando en cuenta la temperatura de las zonas ecuatoriales y polares, la temperatura promedio del agua oceánica es de 3.8°C. En el hemisferio sur la superficial es 1°C más caliente de la que presenta el hemisferio norte; sin embargo, las temperaturas del hemisferio sur, para cualquier latitud, son generalmente más bajas que las correspondientes a la misma latitud en el hemisferio norte.

La radiación solar atraviesa directamente la atmósfera sin ser absorbida hasta llegar a la superficie del planeta, donde los continentes y los océanos la absorben; como estos últimos ocupan el 70 por ciento del globo, la mayor parte de la energía que proviene del Sol se fija en la superficie del mar y es esta radiación absorbida la que calienta la atmósfera, primero en los trópicos, y de allí se transporta este calor a las latitudes más altas en los polos, donde irradia su energía al espacio.

Otra forma de intercambio de calor entre el océano y la atmósfera resulta de la evaporación de agua de la superficie oceánica lo que produce calor en una cantidad de 600 calorías por cada gramo de vapor de agua. Este vapor, una vez que deja la superficie del mar, asciende por el aire libre hasta que se condensa en forma de lluvia generándose las tormentas. Para ilustrar la importancia de la energía producida por la evaporación del agua oceánica, cabe señalar que la energía liberada por la condensación de este vapor es igual a la energía eléctrica que utilizarían 10 ciudades del mismo tamaño de Nueva York.

La relación entre la evaporación y la precipitación que se presenta en las regiones oceánicas y atmosféricas es muy importante para la transferencia de calor en el planeta.

El tercer intercambio que se presenta en la interfaz mar-aire, es el representado por los vientos, llamado impulso. Estos vientos se producen por la acción del calor procedente del Sol y por las diferencias de presión en la superficie de la Tierra, fenómenos que hacen que el aire forme el viento al ponerse en movimiento y su acción turbulenta provoca que los gases que se encuentran en la atmósfera se mezclen, creando el aire que se respira.

El viento fluye con una dirección que va del lugar de mayor presión atmosférica al de menor presión. En la dirección de los vientos interviene el movimiento de rotación de la Tierra, y la velocidad de éstos se modifica por el rozamiento con la superficie tanto de los continentes como de los océanos. En las altas latitudes la mayor transferencia de calor se efectúa por el viento.

A los vientos que van desde las zonas de alta presión que se localizan en los polos, hacia zonas de baja presión del ecuador, se les llama alisios; estos vientos desvían su trayectoria hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, debido a la rotación de la Tierra, por el denominado efecto de Coriolis. Estos alisios son los más constantes, y como su dirección principal es de este a oeste fueron llamados "vientos del comercio" por favorecer a las embarcaciones que navegaban del Viejo Continente hacia América. Otros vientos soplan del ecuador hacia los polos y reciben el nombre de contraalisios, por tener una dirección en sentido opuesto a la de los alisios.

Otro tipo de vientos son los monzones, que se caracterizan por cambiar de dirección según la estación del año: soplan en una dirección durante el verano y en la contraria durante el invierno.

Los efectos que producen los monzones son distintos en cada caso; cuando el monzón asiático sopla desde el sudoeste, es decir, cuando proviene del mar, está cargado de humedad, y en su ascenso por las altas montañas divisorias de la India, origina una rápida condensación y la precipitación correspondiente, dando lugar a las famosas lluvias torrenciales monzónicas del sur del Continente Asiático.

Existen otros tipos de viento menos significativos como los llamados vientos generales del oeste, que soplan desde el sudoeste en el hemisferio norte y del nordeste en el hemisferio sur, los cuales, en algunas ocasiones, llegan a adquirir velocidades altas.

Otro tipo de intercambio de energía entre la atmósfera y el océano es la presión que ejercen los vientos sobre la superficie del agua, y su resultado principal son las olas y las corrientes marinas. El intercambio de energía resultante puede levantar enormes olas y ocasionar grandes corrientes oceánicas, lo que produce importantes cambios en el clima de las zonas costeras y los continentes.

Estas manifestaciones de los vientos pueden ser violentas. Por ejemplo, cuando un lugar determinado de la atmósfera incrementa su temperatura, el aire situado en ella se dilata, haciéndose más denso, y tiende a descender, por lo que en las capas inferiores de la atmósfera, en donde hay aire frío, éste es desalojado y el lugar abandonado es ocupado por corrientes de aire que fluyen ascendiendo en espiral, arrastrando arena y polvo cuando se presenta el fenómeno en los continentes, y agua cuando se presenta en los océanos; a este tipo de manifestaciones se les llama remolinos, y pueden alcanzar una velocidad de hasta 21 kilómetros por hora.

Otro tipo de manifestaciones violentas son las trombas marinas, que se producen cuando de una nube desciende cierta cantidad de aire frío y pesado hasta tocar la superficie del mar, desalojando hacia arriba el aire que está sobre esta superficie, que se ve obligado a ascender por ser más liviano, y que forma una espiral debido a la rotación de la tierra, arrastrando consigo agua.

Cuando se presenta una invasión de aire frío procedente de las alturas, desalojando aire caliente de las capas inferiores de la atmósfera, se producen los llamados tornados en los cuales la masa de aire frío desciende con un movimiento en espiral y con intensidad hasta de 350 kilómetros por hora, causando grandes daños por esta velocidad. Los tornados se presentan principalmente en Norteamérica, y en Estados Unidos han llegado a ocurrir unos 200 por año.

La velocidad del viento provoca que la evaporación en la superficie oceánica se intensifique rápidamente y esto hace que se eleve la energía en la atmósfera; esta energía aumentada genera las tormentas; a medida que avanzan las tormentas aumenta la evaporación, lo que proporciona más energía para gestar más tormentas.

Figura 23. Zonas de ciclones.

Este proceso de regeneración de energía es uno de los factores de la formación de las catastróficas tormentas tropicales llamadas huracanes, en el Océano Atlántico, y tifones, en el Océano Pacífico. Estas tormentas siguen aumentando su fuerza mientras están en el océano templado, y sólo comienzan a amainar cuando, siguiendo su camino, pasan sobre la tierra o sobre zonas donde el océano es más frío y la evaporación se reduce por la menor temperatura superficial. También se acostumbra llamar ciclones a este tipo de manifestaciones violentas del viento.

Un ciclón está formado por una área central llamada ojo o vórtice y por sus márgenes, que generalmente se encuentran a unas 12 millas; puede alcanzar una velocidad de 120 kilómetros por hora, aunque a veces llega hasta los 200 kilómetros por hora, por lo que se entiende que cause grandes destrozos a su paso.

Toda esta relación del viento con los océanos y la complejidad de los fenómenos que produce, muestra la importancia de conocer su intensidad, por lo que los hombres de mar han propuesto una serie de nomenclaturas para tratar de descubrirla. Una de ellas es la propuesta por el almirante inglés Francis Beaufort (1774-1857), la cual se conoce como Escala Marítima de Vientos, en donde los coloca, según su intensidad, como sigue:

Grados Beaufort	Nombre	Velocidad
0	Calma	0.0 — 1.0 kmn / hora
1	Ventolina	1.0 — 6.0 kmn / hora
2	Flojo	12.0 — 20.0 kmn / hora
3	Bonancible	20.0 — 30.0 kmn / hora
4	Fresco	40.0 — 50.0 kmn / hora
5	Duro	65.0 — 75.0 kmn / hora
6	Temporal	90.0 — 100.0 kmn / hora
7	Borrasca	100.0 — 120.0 kmn / hora
8	Huracanes	más de 120.0 km / hora

En síntesis, las formas de transferencia de energía de los océanos a la atmósfera son, según su importancia: la radiación del Sol, la evaporación, el intercambio de energía térmica por calentamiento o enfriamiento del aire y el intercambio de energía mecánica provocado por las presiones y los vientos de la atmósfera. Sobre estos fenómenos los oceanógrafos físicos y los meteorólogos están iniciando su estudio; sin embargo, como la tecnología avanza cada día, se están realizando avances significativos para entender cada vez mejor la relación entre la atmósfera y el océano.

El objetivo final de estos estudios es poder llegar a considerar a la atmósfera y a los océanos como una sola entidad; algún día, en el futuro, poder pronosticar simultáneamente el huracán y la tempestad que éste desencadena; de manera similar, lograr pronosticar la intensidad de las olas que se generan en la superficie del océano, y que son tan grave peligro para la navegación y la conservación de las vidas humanas y de la economía del hombre.