Coeficiente de contracción halina

El coeficiente de contracción salina , abreviado como β , es un coeficiente que describe el cambio en la densidad del océano debido a un cambio de salinidad, mientras que la temperatura potencial y la presión se mantienen constantes. Es un parámetro en la ecuación de estado (EOS) del océano. β también se describe como el coeficiente de contracción salina y se mide en [kg]/[g] en la EOS que describe el océano. Un ejemplo es TEOS-10 . ^{[ 1 ]} Esta es la ecuación de estado termodinámica. ^{[ 2 ]}

β es la variante de salinidad del coeficiente de expansión térmica α, donde la densidad cambia debido a una variación de temperatura en lugar de salinidad. Con estos dos coeficientes, se puede calcular la relación de densidades . Esto determina la contribución de la temperatura y la salinidad a la densidad de una masa de agua.

β se denomina coeficiente de contracción, porque cuando aumenta la salinidad , el agua se vuelve más densa, y si aumenta la temperatura, el agua se vuelve menos densa.

El coeficiente de contracción halina se define como: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle \beta ={\frac {1}{\rho }}{\frac {\partial \rho }{\partial S_{A}}}{\Bigg |}_{\Theta ,p}}$

donde ρ es la densidad de una parcela de agua en el océano y S${\displaystyle _{A}}$es la salinidad absoluta . Los subíndices Θ y p indican que β se define a temperatura potencial constante Θ y presión constante p. El coeficiente de contracción halina es constante cuando una parcela de agua se mueve adiabáticamente a lo largo de las isobaras .

La cantidad en que la densidad se ve influenciada por un cambio en la salinidad o la temperatura se puede calcular a partir de la fórmula de densidad que se deriva del balance del viento térmico . ^{[ 3 ]}

${\displaystyle \rho =\rho _{0}\left(-\alpha \Theta +\beta S_{A}\right)}$

La frecuencia de Brunt–Väisälä también se puede definir cuando se conoce β, en combinación con α, Θ y S.${\displaystyle _{A}}$. Esta frecuencia es una medida de la estratificación de una columna de fluido y se define en función de la profundidad como: ^{[ 3 ]}

${\displaystyle N^{2}=g\left(\alpha {\frac {\partial \Theta }{\partial z}}-\beta {\frac {\partial S_{A}}{\partial z}}\right)}$.

La dirección de la mezcla y si esta está impulsada por la temperatura o por la salinidad se pueden determinar a partir de la diferencia de densidad y la frecuencia de Brunt-Väisälä.

β se puede calcular cuando se conocen la temperatura conservada, la salinidad absoluta y la presión de una parcela de agua. Python ofrece la caja de herramientas oceanográficas Gibbs SeaWater (GSW). ^{[ 4 ]} Contiene ecuaciones no lineales acopladas que se derivan de la función de Gibbs . Estas ecuaciones se formulan en la ecuación de estado del agua de mar, también llamada ecuación del agua de mar. Esta ecuación relaciona las propiedades termodinámicas del océano (densidad, temperatura, salinidad y presión). Estas ecuaciones se basan en propiedades termodinámicas empíricas. Esto significa que las propiedades del océano se pueden calcular a partir de otras propiedades termodinámicas. La diferencia entre EOS y TEOS-10 es que en TEOS-10, la salinidad se expresa como salinidad absoluta, mientras que en la versión anterior de EOS la salinidad se expresaba como salinidad basada en la conductividad. La salinidad absoluta se basa en la densidad, donde utiliza la masa de todas las moléculas que no son _H₂O . La salinidad basada en la conductividad se calcula directamente a partir de mediciones de conductividad tomadas por (por ejemplo) boyas. ^{[ 5 ]}

La función beta(SA,CT,p) de GSW permite calcular β cuando se conocen la salinidad absoluta (SA), la temperatura conservada (CT) y la presión. La temperatura conservada no se puede obtener directamente de bases de datos de asimilación como GODAS. Sin embargo, estas variables se pueden calcular con GSW.

Ejemplos físicos

β no es constante; varía principalmente con la latitud y la profundidad. En zonas de alta salinidad , como los trópicos, β es bajo, mientras que en zonas de baja salinidad, β es alto. Un valor alto de β implica un mayor aumento de la densidad que cuando β es bajo.

El efecto de β se muestra en las figuras. Cerca de la Antártida , la salinidad del océano es baja. Esto se debe a que el agua de deshielo que fluye desde la Antártida diluye el océano. Esta agua es densa porque está fría. β alrededor de la Antártida es relativamente alto. Cerca de la Antártida, la temperatura es el principal factor que contribuye a la alta densidad en esa zona. El agua cerca de los trópicos ya tiene una alta salinidad. La evaporación deja sal en el agua, aumentando la salinidad y, por lo tanto, la densidad. Como las temperaturas del agua son mucho más altas, la densidad en los trópicos es menor que alrededor de los polos. En los trópicos, la salinidad es el principal factor que contribuye a la densidad.