IV. LA LUZ, EL CALOR Y LA TRANSPARENCIA EN EL OCÉANO
EN LOS últimos años se ha generalizado en las playas el uso de visores submarinos, con los que se puede observar los maravillosos escenarios que ofrece el fondo del mar. El buceador admira, sin necesidad de sumergirse a grandes profundidades, la diversidad de colores y formas de las algas, las elegantes esponjas, los señoriales corales y abanicos de mar, las gráciles estrellas marinas, los misteriosos peces que se mueven rápidamente por estos interesantes paisajes submarinos.
La posibilidad de observar toda esta fascinante vida submarina se debe en primer lugar a las radiaciones luminosas que llegan del Sol, que tienen la propiedad física de propagarse en el medio líquido, y en segundo lugar, al visor, que pone una capa de aire entre los ojos y el agua del mar.
Esta propiedad de la luz de dispersarse en el agua del mar no es igual en las diferentes zonas oceánicas y en las distintas profundidades. Se ha podido comprobar que en los mares con aguas frías la luz penetra menos y, a una profundidad de 400 metros, la oscuridad del agua oceánica es comparable con la de la noche menos iluminada.
La propagación de las radiaciones luminosas en el océano se explica por las propiedades fisicoquímicas del agua y por las características físicas de la luz, que a su vez tienen gran importancia en los fenómenos biológicos que se suceden en el mar.
Los factores fisicoquímicos que influyen sobre las propiedades de la luz son la transparencia, es decir, la cantidad de luz que se transmite en el agua del mar; la absorción, o sea el grado de radiación retenida, y la turbidez, que consiste en la reducción de la claridad del agua por la presencia de materia suspendida.
Las propiedades físicas de la luz son: la reflexión, proceso por el que la superficie del agua del mar devuelve a la atmósfera una cantidad de la luz que incide sobre ella; la refracción, el cambio de dirección que sufre la luz al entrar a un medio de diferente densidad, y la extinción, que es el grado en que disminuye la luz al ir penetrando en el medio marino.
El agua de los océanos se encuentra formando capas horizontales que tienen propiedades ópticas muy semejantes, por lo que la cantidad de luz que penetra depende de la que incide y de la que se refleja, siendo las características de la superficie del mar elementos importantes para esta penetración. En mares con espuma producida por una agitación intensa y en los que están cubiertos por hielos, la reflexión es mayor y, por lo tanto, la penetración de la luz menor.
El ángulo con el que inciden los rayos sobre el agua cambia durante el día: penetra más luz al término de la mañana y al inicio de la tarde, en todas las latitudes, debido a que el ángulo de incidencia se incrementa cuando el Sol pasa del mediodía.
En el agua del mar el índice de refracción se modifica de acuerdo con la salinidad y la temperatura, siendo mayor cuando se incrementa la concentración de sales y disminuye la temperatura.
Cuando un rayo de luz solar incide en el agua del mar, parte de sus radiaciones son absorbidas y transformadas en calor, y la otra parte es dispersada por las propias moléculas del agua, así como por las partículas en suspensión o por los microorganismos que viven en ella.
La luz solar está formada por radiaciones de diferente longitud de onda que constituyen el espectro visible, también llamado arco iris. Estas radiaciones son absorbidas, de manera distinta, por el agua del mar. Así, las radiaciones rojas y anaranjadas del espectro son más rápidamente absorbidas que las verdes, las azules y las violetas. Esto provoca que en aguas profundas el extremo rojo del espectro esté ausente mientras el verde-azul se hace más visible.
Este fenómeno está relacionado con la presencia, en el agua del mar, de compuestos nitrogenados como el amoniaco, los nitratos y las proteínas, que reducen la penetración de la luz en el agua, es decir su transparencia.
Cuando el agua del mar contiene pocas sustancias en suspensión o pocos organismos, las radiaciones azules son las que penetran a mayor profundidad, y pueden llegar a los bordes inferiores de los bancos continentales a 400 metros. En las aguas con turbidez, son las radiaciones verdes y amarillas las que más profundamente pueden penetrar, llegando las primeras a 200 metros, y las segundas a 100 metros, mientras que las rojas-anaranjadas y las violetas solamente alcanzan, cuando mucho, los primeros 20 metros.
Las mayores profundidades a las que se ha registrado transparencia es a 700 metros en el Océano Atlántico, a 800 metros en el Mar Mediterráneo y hasta a 950 metros en el Mar Caribe, pero el promedio de la penetración de la luz se ha calculado en 200 metros.
Esta dispersión de las radiaciones luminosas es más intensa cuanto mayor es su longitud de onda, lo que se traduce, a su vez, en una menor capacidad de penetración en el seno del agua del mar o en una menor transparencia de ésta para aquellas radiaciones. Al absorberse las radiaciones desaparece la zona rojo-anaranjada del espectro solar, y así se comprende por qué el agua del mar presenta un tono azul cuando se observa desde arriba.
El color del mar cambia entre el azul oscuro y el verde y llega, incluso, al pardo a lo largo de las costas en los diferentes mares. En el litoral generalmente muestra una coloración verdosa o pardo-amarillenta, por la presencia de moléculas en suspensión. En aguas distantes a esta zona aparece el color azul, ya que existe menor cantidad de partículas en suspensión y microorganismos planctónicos, por lo que se ha afirmado que el azul es el color de los desiertos del océano abierto. Sin embargo, durante la expedición del Kon-Tiki en el Pacífico, se comprobó la presencia de una numerosa fauna marina en el centro de los grandes océanos, por lo que se pueden observar en ellos colores verdes, amarillos y pardos.
Los organismos microscópicos que presentan coloraciones propias pueden modificar el color del agua del mar, y es así como las aguas pardas del Golfo de California, llamado Mar Bermejo, y las del Mar Rojo tienen este color debido a la presencia de vegetales microscópicos llamados algas, o a la de minúsculos animales dinoflagelados que poseen estas coloraciones.
Cuando la cantidad de dinoflagelados coloreados aumenta en el agua del mar, y llegan aun a existir diez millones de individuos por milímetros cúbico de agua, forman lo que se conoce con el nombre de "marea roja," al transmitirle esta coloración al agua.
La cantidad de materia orgánica que contiene en suspensión el agua del mar hace que la intensidad de la luz decrezca en el sentido de su propagación, debido a que es absorbida por estas partículas; a este fenómeno se le llama coeficiente de absorción o de extinción de la luz, y es el que proporciona la correspondiente transparencia del mar. Muchos estudios de las propiedades físicas del mar lo han medido utilizando un disco blanco, de 30 centímetros de diámetro, ideado por el italiano Secchi.
El disco de Secchi se sumerge lastrado con un peso que se le cuelga en el centro de la cara inferior, y se observa desde la superficie; luego se anota la profundidad a la que el disco desaparece de la vista, siendo ésta la profundidad aproximada a la que penetran las radiaciones luminosas de acuerdo con la coloración que tenga el mar en el momento. Este método es poco preciso, ya que en la desaparición del disco a determinada profundidad intervienen factores como la altura del Sol y la claridad del cielo, entre otros.
Experiencias realizadas en un crucero de investigación que se llevó a cabo utilizando el barco alemán Deutschland, demostraron que el disco de Secchi se hacía invisible a 35 metros de profundidad cuando el mar tenía color azul oscuro; a 27 metros para el color azul; 18 metros para el azul verdoso; 12 metros para el verde azulado y 9 para el verde, y en aguas que presentan una coloración azul intensa, como es el caso de las del Mar de los Sargazos, el disco se ve, en días transparentes, hasta profundidades de 66 metros.
Se han diseñado aparatos que permiten registrar la intensidad de las radiaciones luminosas que penetran en el agua del mar, como las placas pancromáticas y las celdas fotoeléctricas.
Por ejemplo, en el Mar de Azores, durante el mes de junio a las 12 horas del día y con cielo despejado, se registraron radiaciones de luz a 1000 metros, perdiéndose hasta los 1700 metros.
Con estos aparatos se ha podido conocer el coeficiente de extinción de la luz en el agua del mar para las diferentes radiaciones del espectro, y se ha comprobado que los rayos azules son los que penetran más adentro y que los infrarrojos y los rojos lo hacen menos.
Esto explica el porqué, cuando se utiliza el visor para ver a poca profundidad, aparecen azulados los colores de los organismos de la flora y la fauna, y los tonos que todavía se observan tienden a ser violeta. Cuando se llega a profundidades de 20 metros en adelante, los buzos con escafandra se encuentran sumergidos en un mundo en el que el azul es el color dominante y ha desaparecido por completo el rojo.
Sin embargo, si con la ayuda de potentes reflectores se iluminan zonas profundas del mar, se observan en la flora y la fauna submarinas nuevamente sus colores reales, entre los que se encuentran el rojo, el amarillo y el verde; esto genera varias incógnitas: ¿por qué y para que presentan colores vivos los animales y las plantas en las aguas profundas? y ¿cómo los observan otros organismos?
Tomando en cuenta la penetración de la luz en el agua del mar, y los efectos que la turbidez, producida por las sustancias en suspensión y los microorganismos, puede tener sobre dicha penetración, el mar ha sido dividido en varias zonas sucesivas: la primera se extiende desde la superficie hasta unos 200 metros de profundidad y recibe el nombre de zona fótica, que se subdivide en dos estratos: la zona eufótica, de los O a los 100 metros aproximadamente, y la zona disfótica, de los 100 a los 200 metros más o menos, pudiendo llegar hasta profundidades de 1 000 metros.
La segunda es la zona afótica, que comienza a los 200 metros y se extiende hasta los 4 000 metros de profundidad, en donde se encuentran aguas que no reciben ninguna luz, y la única que puede existir es la producida por algunos organismos en el fenómeno llamado bioluminiscencia.
Por debajo de la zona afótica se localiza una tercera zona, la abisal, que abarca las máximas profundidades de los océanos y presenta las mismas características que la afótica.
El color y la transparencia del agua del mar pueden ser cambiados por la acumulación de detritus: pequeñas partículas terrígenas procedentes de los cauces fluviales que después de las grandes lluvias en las zonas costeras, llegan al mar y entonces el agua toma una coloración parda diferente a la que generalmente presenta en las costas.
En el mar, la luz representa un elemento indispensable para la vida porque de ella proviene la energía que utilizan los seres vivos. También interviene en otras de sus funciones, como la visión: los animales presentan diferentes órganos fotorreceptores, por ejemplo los ojos simples de las estrellas de mar o los complejos de los pulpos y de los peces; asimismo determina la fotoperiodicidad, es decir, la duración de los periodos de luz y oscuridad a que está sometido un organismo y en los cuales realiza sus diferentes funciones, como en ciertas especies de peces en que establece la época de reproducción la intensidad de la luz.
Por lo anterior, es importante entender los cambios periódicos, estacionales y regionales de la luz en el mar, para comprender cómo se distribuyen los organismos y cuál es su abundancia, ambas cosas de importancia para la subsistencia del hombre.
El conocimiento de las propiedades ópticas del agua del mar ha permitido construir cámaras de fotografía, cinematografía y televisión submarinas. El empleo de estos aparatos es posible cuando el agua es lo suficientemente transparente para permitir la visión de los objetos a cierta distancia, o cuando se utiliza iluminación artificial.
Todo lo anterior ha llevado, en los últimos años, a obtener un significativo progreso en el estudio del comportamiento de la luz en los océanos.
