XIV. LAS MATEM�TICAS Y EL ESTUDIO DE LOS OC�ANOS. LA INGENIER�A
OCURRE cada vez con mayor frecuencia que los j�venes dotados para el conocimiento de las matem�ticas encuentran ocupaci�n en casi todas las esferas de la actividad cient�fica, incluidas las ciencias del mar. Las matem�ticas cobran cada d�a mayor inter�s en todos los aspectos de la investigaci�n cient�fica. Su campo de acci�n se extiende desde el estudio de los fen�menos f�sicos, qu�micos y biol�gicos hasta el de los econ�micos y sociales.
La investigaci�n que se utiliza en las ciencias del mar, sea cual fuere la �ndole de su especialidad, basada en la observaci�n de fen�menos colectivos o en numerosas observaciones respecto a uno en particular, debe siempre representarse num�ricamente para lograr una comprobaci�n experimental. Esto da, en gran medida, mayor rigor y validez a la mirada de conjunto y a la proposici�n de las conclusiones. Permite, asimismo, hacer predicciones, sobre todo de aquellos fen�menos cuya variaci�n es tan grande que dif�cilmente se pueden expresar con r�gidas f�rmulas matem�ticas, como en el caso de los fen�menos biol�gicos, psicol�gicos y sociol�gicos.
En los �ltimos tiempos, se ha manifestado una fuerte tendencia en las ciencias hacia la formulaci�n de modelos matem�ticos que consisten en la representaci�n num�rica de los elementos que forman un sistema en la naturaleza, los que permiten conocer sus interrelaciones y predecir su comportamiento, ya que constituyen la �nica forma de manejar situaciones muy complicadas y de probar hip�tesis cient�ficas b�sicas. Sin embargo todav�a no se cuenta con modelos matem�ticos enteramente satisfactorios en relaci�n con los fen�menos que se suceden en la biolog�a, especialmente en el oc�ano.
En la actualidad la aplicaci�n de las matem�ticas en las ciencias del mar ha experimentado un progreso considerable, y muchos de los fen�menos que ocurren en el oc�ano se han podido entender mejor contando con su apoyo.
Las matem�ticas tienen relaci�n directa con la investigaci�n en la oceanograf�a f�sica, auxili�ndola en estudios de din�mica de las corrientes oce�nicas, el comportamiento de las olas en sus �ndices de amplitud, las mareas, etc�tera. Es por ello que el ocean�grafo f�sico tiene que dominar conocimientos en las siguientes �reas de las matem�ticas: �lgebra, an�lisis, c�lculo diferencial e integral, an�lisis de vectores, m�todos num�ricos y programaci�n de computadoras.
Los ocean�grafos qu�micos deben conocer las matem�ticas hasta las ecuaciones diferenciales, siendo tambi�n de utilidad la informaci�n sobre estad�stica y programaci�n de computadoras, sobre todo para estudiar los fen�menos fisicoqu�micos que se presentan en el oc�ano.
En la oceanograf�a geol�gica se utiliza �lgebra, geometr�a, trigonometr�a, c�lculo diferencial e integral, siendo convenientes algunos conocimientos de estad�stica y programaci�n de computadoras. Los ocean�grafos que se especialicen en geof�sica deben poseer s�lidos conceptos de matem�ticas, similares a los de los ocean�grafos f�sicos. Estos cient�ficos pueden aplicar las matem�ticas para resolver problemas de sedimentos, relacionados con la ingenier�a de costas y fondos oce�nicos, entre otros.
Los bi�logos que se dedican al estudio del mar tienen que estar capacitados en estad�stica, c�lculo y �lgebra, siendo para ellos tambi�n conveniente el conocimiento de programaci�n de computadoras, ya que infinidad de problemas biol�gicos necesitan de los m�todos num�ricos para poderlos cuantificar; como en los estudios sobre comunidades; que se hacen con el fin de conocer su crecimiento, reproducci�n y mortalidad.
Uno de los dominios m�s importantes de la oceanograf�a biol�gica actual es la productividad marina, cuyo estudio se basa, en parte, en las matem�ticas y utiliza la estad�stica para comprender la din�mica de las poblaciones.
El uso de las computadoras en la oceanograf�a biol�gica es fundamental, por los grandes vol�menes de informaci�n que permiten manejar, por la velocidad con que se realizan los c�lculos y por la confiabilidad que ofrecen.
Las matem�ticas son la base en la formulaci�n de programas de las computadoras electr�nicas para el estudio de los seres vivos del mar y sus relaciones con el medio ambiente ya que en estos estudios se manejan miles de muestras de agua para estudiar la existencia de multitud y su relaci�n con las caracter�sticas fisicoqu�micas del oc�ano, como la concentraci�n de sales y las variaciones en el pH.
En las investigaciones pesqueras, las dimensiones de los organismos o de sus conjuntos no pueden ser medidas en su totalidad directamente. Por ejemplo, no es posible medir todos los peces capturados y, menos a�n, todos los peces, que existen en el mar. Se acostumbra examinar una parte o muestra de la poblaci�n para deducir las caracter�sticas que la definen, porcentaje de peces maduros, la talla media de los mismos, etc�tera. Con esta muestra, que es una representaci�n del conjunto de la poblaci�n, se puede hacer una estimaci�n de los valores reales del todo.
Como ejemplo de lo anterior, se puede tener al estudio de la pesquer�a de la anchoveta, pez semejante a la sardina, con el que se elabora la mayor parte de la harina de pescado en el mundo y que forma una de las poblaciones de peces m�s grandes, lleg�ndose a capturar hasta 12 millones de toneladas por a�o en la corriente del Per�. Esta especie, por su gran magnitud, constituye un sistema de la naturaleza, compuesto por m�ltiples elementos, cada uno con variadas caracter�sticas en que muchas de ellas se interrelacionan, permitiendo estas condiciones elaborar un modelo matem�tico en el que se puede simular el hecho real.
En el modelo se tienen que tomar en cuenta las existencias naturales de los organismos, lo que se llama stock, de la poblaci�n de anchoveta, que se mueve en un escenario o marco ambiental, formado por los factores fisicoqu�micos que constituyen el clima acu�tico.
El modelo matem�tico permitir�a predecir muchos factores: las existencias capturables de la poblaci�n de anchoveta, las variaciones de �ptimo aprovechamiento de la captura, la reproducci�n de la especie en cuanto a n�mero de huevos y larvas, el n�mero de estas larvas que llegan al tama�o que les permite ser consideradas como parte de la poblaci�n pescable (es decir reclutas), el esfuerzo pesquero, su mortalidad natural y la mortalidad por pesca, as� como consideraciones de tipo socioecon�mico y de rentabilidad de la captura.
Es decir, poblaci�n pescable es igual a poblaci�n natural m�s reproducci�n
y reclutamiento, menos mortalidad natural y mortalidad por pesca.
El prop�sito de una pesquer�a es aprovechar racionalmente un recurso con el
fin de obtener materia prima que sirva, directa o indirectamente, para la alimentaci�n
humana; y con modelos matem�ticos como el anterior, se puede establecer el r�gimen
de pesca, la duraci�n de las temporadas de captura, los d�as de pesca de cada
semana, el n�mero de barcos que deben emplearse, la cantidad de producto que
se ha de obtener, etc�tera, lo que permitir�a manejar correctamente la industria
en favor de la especie humana.
Las matem�ticas tambi�n pueden tener aplicaci�n interdisciplinaria en el estudio del oc�ano como en el caso de la percepci�n remota, t�cnica que permite obtener informaci�n sobre un objeto a cierta distancia del mismo, utilizando naves a�reas o espaciales (sat�lites). La captaci�n de informaci�n se hace en estaciones colocadas en el mar y es transmitida a estaciones en tierra, a trav�s de la atm�sfera y espacio.
En las estaciones en tierra esta informaci�n se analiza por medio de computadoras, que permiten observar un mayor n�mero de datos. Por ejemplo en una fotograf�a que se toma del oc�ano, el ojo humano s�lo diferenciar� 16 tonos de gris, mientras que la computadora permite analizar hasta 240, lo que es �til para ver los cambios que la contaminaci�n produce en los factores fisicoqu�micos del oc�ano, y usando la fotograf�a infrarroja, se pueden localizar seres vivos y conocer su abundancia y distribuci�n. Estos estudios del oc�ano tambi�n tienen aplicaci�n en investigaciones meteorol�gicas, de contaminaci�n y de pesca, entre otras. El an�lisis de la percepci�n remota en la computadora permite resolver algunas dificultades que se presentan en la fotograf�a, producidas por la curvatura de la Tierra o por el exceso de nubosidad.
Las matem�ticas, junto con las otras ciencias exactas, f�sica y qu�mica, cuando se aplican a optimizar los recursos, los tiempos, las construcciones, etc�tera, forman el campo de la ingenier�a. Los ingenieros desempe�an un papel en muchos aspectos de la ciencia marina, que van desde el dise�o de nuevos instrumentos hasta la construcci�n de obras monumentales en las costas. Las diferentes especialidades de la ingenier�a (civil, mec�nica, electr�nica y qu�mica) intervienen en la construcci�n de puertos.
El ingeniero civil junto con los ocean�grafos f�sicos se encargar� de estudiar las caracter�sticas hidrogr�ficas y de la costa, para poder elaborar los planos de construcci�n de las obras, como aquellas que sirven para su mantenimiento, como por ejemplo las de dragado y las de protecci�n de las costas como los espigones que son muros de piedra que se colocan en el mar perpendiculares u oblicuos a la orilla y que evitan la erosi�n.
Se ha definido a los puertos como "el lugar de la costa, natural o artificial,
protegido de los temporales, en el cual los barcos pueden permanecer al abrigo
de �stos, y realizar tanto las operaciones de carga o descarga de mercanc�a
como las reparaciones y trabajos de mantenimiento necesarios". La mayor�a de
los puertos tradicionales del mundo estuvieron, en principio, localizados en
la desembocadura de un r�o grande, como Rotterdam, Amsterdam y Amberes en el
Rin; Nueva York en el Hudson; Nueva Orle�ns en el Misisip�; Alvarado en el Papaloapan
y Buenos Aires en el R�o de la Plata.
El concepto moderno de puerto se ha modificado y no s�lo se les considera como lugares de abrigo, sino que representan sitios con complejas instalaciones especializadas, las cuales permiten diferenciar distintos tipos de puertos: comerciales, pesqueros, de recreo y militares, y su construcci�n y manejo est� a cargo de los ingenieros civiles.
En estos puertos las instalaciones se pueden agrupar en cuatro tipos b�sicos: las obras de abrigo y los accesos mar�timos y terrestres; las construcciones para el atraque de tr�fico y el almacenamiento; instalaciones y equipo para el manejo de las cargas; y las de construcci�n, reparaci�n y mantenimiento de las embarcaciones.
Entre las instalaciones de abrigo se encuentran los diques o rompeolas que
forman las escolleras, especie de paredes sobre las que rompe la ola y que protegen
de la acci�n del viento; pueden ser paralelas, convergentes y recurvadas y limitan
la zona de aguas tranquilas donde pueden fondear los barcos, llamada d�rsena.
Los accesos mar�timos son los canales de navegaci�n para la entrada de las embarcaciones al puerto, los cuales deben tener el calado suficiente. Para construirlos se toman en cuenta las mareas, el oleaje y el transporte de sedimentos y para mantenerlos navegables, generalmente se usa el dragado. El acceso por tierra se encuentra en la zona de servicio del puerto y �ste puede incluir carretera y ferrocarril.
Las construcciones para el atraque est�n representadas por aquellas en que
las embarcaciones quedan inmovilizadas, denominadas muelles, que pueden tener
dise�os y tama�os muy variados, seg�n el tipo de puerto de que se trate; lo
mismo sucede con las obras para el tr�fico, es decir, estacionamientos y andenes;
con las de almacenamiento, bodegas, frigor�ficos, etc�tera; y con las instalaciones
y equipo para el manejo de las cargas.
Las instalaciones para construcci�n, reparaci�n y mantenimiento de las embarcaciones est�n formadas por los diques secos, los diques flotantes y los varaderos, que son construcciones que permiten dejar a la embarcaci�n en seco para poder limpiar su casco de los organismos marinos que se les adhieren o para reparar las v�as de agua por medio del calafateo y pintar con preparados anticorrosivos el casco.
Adem�s de estas instalaciones de los puertos, se encuentra el �rea administrativa, la de producci�n de energ�a el�ctrica, la de combustibles y las habitacionales.
El sistema de puertos comerciales en el mundo cada d�a se extiende m�s, siendo los principales los del Mediterr�neo, donde se puede considerar que se establecieron los primeros: G�nova, Marsella y Barcelona.
En la zona industrial de Europa est�n los puertos de Amberes, Rotterdam, Amsterdam,
Hamburgo, Bremen, L�beck, Londres, y el de El Havre entre otros. Es tambi�n
notable el puerto de Esbjerg en Dinamarca, que fue construido para dar salida
a las exportaciones industriales y agropecuarias de este pa�s, pero que por
su proximidad con las ricas aguas del Mar del Norte, se ha transformado en uno
de los principales puertos pesqueros del mundo, en donde actualmente se maneja
un medio mill�n de toneladas de productos pesqueros.
El �rea asi�tica, que es una regi�n industrial y comercial activa, cuenta principalmente con los puertos de Hong-Kong, Singapur y Kobe.
En �frica del Sur y Australia destacan los de Durban y El Cabo, as� como los de Sydney, Melbourne y Adelaida.
Los pa�ses sudamericanos que producen grandes cantidades de materias primas e importan productos manufacturados, han construido grandes puertos, como R�o Grande, Buenos Aires, Montevideo, R�o de Janeiro y Recife, en el Atl�ntico; y Guayaquil, El Callao, Antofagasta y Valpara�so en el Pac�fico.
La costa este de Norteam�rica y el Golfo de M�xico representan una de las zonas m�s productivas del mundo y por lo tanto de las m�s activas comercialmente. Sus puertos m�s importantes son: Toronto, en Canad�; Boston, Nueva York, Baltimore, en Estados Unidos, y Tampico, Veracruz, Campeche y Progreso en M�xico.
En la costa oeste de Norteam�rica tambi�n se localizan puertos comerciales importantes, como el Vancouver, en Canad�; Oakland, San Francisco, Los Angeles y San Diego con su base naval militar, en Estados Unidos; y Ensenada, Guaymas, Mazatl�n y Salina Cruz, en M�xico.
Los ingenieros mec�nicos electr�nicos y los ingenieros qu�micos, colaboran en el dise�o de la infraestructura portuaria, es decir, plantas de procesamiento de productos pesqueros, f�bricas de hielo, bodegas, destiler�as, talleres mec�nicos, as� como dise�o de equipo y aparatos.
Otro campo en el que la ingenier�a colabora es en el aprovechamiento de la fuerzas hidr�ulicas para la producci�n de energ�a el�ctrica, instalando turbinas accionadas por el flujo de las mareas.
Tambi�n, por necesidad de la propia industria pesquera, se ha desarrollado una nueva especialidad de la ingenier�a, la ingenier�a pesquera, profesi�n que prepara y capacita a t�cnicos en el dise�o y utilizaci�n de m�todos y artes de pesca y de t�cnicas para la elaboraci�n de los productos pesqueros.
Proyectos complejos de ingenier�a y de avanzada organizaci�n industrial son necesarios para edificar estructuras submarinas o enviar hombres al oc�ano profundo. Este tipo de proyectos se lleva a cabo por los pa�ses desarrollados, que cuentan con el capital requerido para su construcci�n, como el t�nel subacu�tico m�s grande del mundo que est� siendo construido por Jap�n. Este t�nel fue proyectado desde hace 20 a�os y se inici� esta obra dentro de la corteza terrestre del estrecho de Tsugaru, a una profundidad de 100 metros bajo el lecho marino; tiene 54 kil�metros de largo, en ciertos lugares 17 metros de altura, y es recorrido por v�as ferroviarias. Se espera terminarlo dentro de tres a�os.
Tambi�n la arquitectura ha sido utilizada en el aprovechamiento de los recursos marinos. Considerada a su vez un arte, ha formado una especialidad: la arquitectura naval, que se ocupa de la construcci�n de las embarcaciones, dividi�ndose en dos grandes grupos: la teor�a del buque y la construcci�n naval.
En la teor�a del buque se estudia a la embarcaci�n considerada como flotador con las siguientes condiciones: estabilidad, navegabilidad, m�nima resistencia a la marcha, m�ximo rendimiento econ�mico en su propulsi�n y rentabilidad comercial. Una vez hecho el dise�o, tomando en cuenta estas caracter�sticas, se pasa a la construcci�n naval propiamente dicha.
Como se puede observar, la utilizaci�n b�sica o aplicada de las matem�ticas y la ingenier�a en las ciencias del mar tiene un campo ampl�simo, y seguramente estimular� a los cient�ficos a emplearlas para obtener mejores resultados en sus aplicaciones y en sus investigaciones, y a los j�venes para atender un nuevo reto que las ciencias del mar les presentan.
