Sonido. Hielo. Trazadores. Luz

Septiembre 15 Sonido. Rapidez del sonido

El agua permite la propagación de las ondas sonoras por que es un medio elástico. La rapidez del sonido depende de la elasticidad (E) y la densidad (ρ) , es decir c (E, ρ) y es de aproximadamente 1500 m/s.

c depende más de la presión y la temperatura que de la salinidad.

Asi tenemos que: más alta la presión más alta la rapidez del sonido; más alta la temperatura más alta la rapidez del sonido.

Debido a la distribución de temperatura y presión, en muchas regiones del océano se tiene que la rapidez del sonido es alta tanto en la superficie como en el fondo, con un mínimo entre estas dos capas. El mínimo de rapidez de sonido se denomina el canal SOFAR (SOund Fixing An Ranging).

El sonido tiene muchas aplicaciones prácticas en oceanografía, por ejemplo en la localización de instrumentos, en la determinación de batimetrías (ecosonda) y en la estimación del campo de velocidades por medio de un ADCP (Acustical Doppler Current Profiler).

Lectura. En la siguiente página se encontrará una descripción del principio de funcionamiento del ADCP

http://www.whoi.edu/instruments/viewInstrument.do?id=819

Hielo en el mar

El hielo marino ocupa el 7 % del área total de los océanos. Por su extensión, el hielo marino juega un papel importante en el balance de calor de la Tierra, ya que el hielo refleja los rayos solares.

El albedo es la fracción de radiación solar reflejada por una superficie u objeto, expresada comúnmente en porcentaje.

El albedo del hielo marino ocurre entre 30 y 40 %

El punto de congelamiento del agua de mar es más bajo que el del agua pura. A medida que el agua se congela, se forman paquetes de sal (saladitos). Los saladitos se desprenden de la parte inferior del hielo. Por eso cuando el hielo se descongela es menos salino que el agua de mar original cuando se dio el cambio de fase. El desprendimiento de saladitos de sal crea agua densa abajo de las áreas de formación de hielo en el mar.

En latitudes altas es donde se forman las aguas más densas del océano, el proceso de formación de hielo juega un papel importante en la generación de estas aguas.

Lectura. Hielo en el Artico.

http://www.arctic.noaa.gov/essay_wadhams.html

La foto de arriba muestra la variación estacional de la cubierta de hielo en el Polo Norte y el Polo Sur. En verano la cubierta es mínima y en el ocaso de invierno es máxima.

Trazadores

Las propiedades del agua de mar son una herramienta valiosa para analizar la trayectoria de las masas de agua. La temperatura potencial y la salinidad son conservativas- los cambios sólo se explican por los procesos de mezcla-. Para algunas regiones (e.g. la Corriente de California) resulta también útil la variable Π ("spiciness") como trazador.

Entre los trazadores biogénicos que son utilizados en el estudio de masas de agua y circulación destacan: oxígeno, nitratos, fosfatos y silicio. Debido a que estos compuestos no son conservativos, deben de ser usados con precaución en el proceso de inferencia del origen de las masas de agua.

Trazadores de origen químico como los clorofluorocarbonos, tritio, helio-3 y carbono-14 son usados estudios de ventilación de las aguas marinas y circulación profunda. Los dos primeros son de origen antropogénico.

Lectura 2.3 Densidad

Densidad, densidad potencial y densidad neutral La densidad del agua de mar depende de la temperatura (T), la salinidad (S) y la presión (P), es decir la ecuación de estado es de la forma ρ = ρ (S, T, P). Agua fría es más densa. Agua salada es más densa. La presión incrementa la densidad. La ecuación de estado del agua de mar no tiene una solución exacta, se usa una ecuación empírica basada en mediciones de laboratorio (ver Gill (1982), apéndice 3). Unidades: densidad = masa/volumen: kg/m³ La densidad del agua pura es de 1000 kg/m³. El 75 % del agua de los océanos cae en el rango 1026.4 - 1028.1 kg/m³. La presión es la variable que más influye en la variación de densidad. Sigma y volumen específico: σ = ρ-1000 α = 1/ρ σ_t : σ a P = 0

(sigma "te") La densidad depende no linealmente de la temperatura y la salinidad. En el plano de temperatura y salinidad (T-S) a presión constante los contornos de densidad son curvos, cóncavos hacia salinidades altas y temperaturas bajas. Una isopicna es una línea o superficie (superficie isopícnica) de igual densidad. La picnoclina es la región en un perfil vertical donde el gradiente de densidad es más fuerte.

Densidad potencial es la densidad que tiene un elemento de fluido cuando se ha movido adiabáticamente a una presión de referencia. Para calcular la densidad potencial usamos la temperatura potencial y la misma definición de salinidad, ya que esta última sólo depende ligeramente de la presión.

Las presiones de referencia se eligen de acuerdo a la profundidades de interes. Por ejemplo, agua fria es mas compresible que agua calida. Por ello, el agua fria es mas densa que el agua calida cuando son puestas a la misma presion. Asi para toda la columna de agua, se requiera usar varias presiones de referencia. Entre ellas las más comunes son 0 dbar, 1000 dbar, 2000 dbar, 4000 dbar. Se usa la notación σt, σ1, σ2, σ4 para referirse a la referencia 0 dbar, 1000 dbar, 2000 dbar, 4000 dbar, respectivamente. Densidad neutral es un concepto usado para determinar el origen de un elemento de fluido. Una superficie es neutral si la superficie es una superficie isentropica (se usa la isopícnica) y no tiene efecto de cambios de presión. Se asume que una parcela de agua de mar que se mueve de un lado a otro en un océano estratificado se da preferenetemente sobre superficies isentrópicas si se mueven sin intercambio de calor ni sal. En oceanografía, las superficies isopícnicas son usadas como superficies isentrópicas. Recordemos de termodinamica clasica que si un proceso adiabático tiene lugar a entropía constante, el proceso se denomina isentrópico. Donde la entropía es una variable que emana de la segunda ley de la termodinámica. Para el caso del agua pura, la entropia es la cantidad de calor intercambiado dividido por la temperatura TdS = dQ, donde S es la entropía por unidad de masa, T la temperatura por unidad de masa y Q la cantidad de calor dada o recibida por unidad de masa. dS se refiere a una diferencial exacta de la entropía, lo mismo dQ pero para la cantidad de calor.

En un sistema aislado, la entropia permanece constante o se incrementa. Seguimos hablando en el contexto de que el sistema esta en equilibrio termodinamico o cercano a ello.