Oceanografía

Los humanos adquirieron conocimiento de las olas y corrientes de los mares y océanos en tiempos prehistóricos. Aristóteles y Estrabón registraron observaciones sobre las mareas entre el 384 y el 322 a. C. ^{[ 1 ]} La exploración temprana de los océanos se centró principalmente en la cartografía y se limitó sobre todo a sus superficies y a los animales que los pescadores capturaban con redes, aunque también se realizaron sondeos de profundidad con plomo.

La campaña portuguesa de navegación atlántica es el primer ejemplo de un proyecto científico sistemático a gran escala, sostenido durante muchas décadas, que estudió las corrientes y los vientos del Atlántico.

La obra de Pedro Nunes (1502-1578) se recuerda en el contexto de la navegación por la determinación de la curva loxodrómica: el trayecto más corto entre dos puntos de la superficie de una esfera representada en un mapa bidimensional. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Cuando publicó su «Tratado de la esfera» (1537), principalmente una traducción comentada de obras anteriores de otros autores, incluyó un tratado sobre métodos geométricos y astronómicos de navegación. Allí afirma claramente que las navegaciones portuguesas no fueron una empresa aventurera:

"nam se fezeram indo a acertar: mas partiam os nossos mareantes muy ensinados e prouidos de estromentos e regras de astrología e geometria que sam as cousas que os cosmographos ham dadar apercebidas (...) e leuaua cartas muy particularmente rumadas e na ja as de que os antigos vsauam" (no fueron hechos por casualidad: pero nuestros marinos partieron bien instruidos y provistos de instrumentos y reglas de astrología (astronomía) y geometría que eran materias que proporcionaban los cosmógrafos (...) y tomaban cartas con rutas exactas y ya no las utilizadas por los antiguos). ^{[ 4 ]}

Su credibilidad se basa en su participación personal en la instrucción de pilotos y marineros experimentados desde 1527 en adelante por nombramiento real, junto con su reconocida competencia como matemático y astrónomo. ^{[ 2 ]} El principal problema para navegar de regreso desde el sur de las Islas Canarias (o al sur de Boujdour ) solo a vela, se debe al cambio en el régimen de vientos y corrientes: el giro del Atlántico Norte y la contracorriente ecuatorial ^{[ 5 ]} empujarán hacia el sur a lo largo del abultamiento noroccidental de África, mientras que los vientos inciertos donde los alisios del noreste se encuentran con los alisios del sureste (la calma chicha) ^{[ 6 ]} dejan a un velero a merced de las corrientes. Juntos, la corriente y el viento predominantes hacen que el avance hacia el norte sea muy difícil o imposible. Fue para superar este problema y despejar el paso a la India rodeando África como una ruta comercial marítima viable, que los portugueses idearon un plan sistemático de exploración. La ruta de regreso desde las regiones al sur de las Canarias se convirtió en la ' volta do largo' o 'volta do mar '. El «redescubrimiento» de las islas Azores en 1427 es simplemente un reflejo de la creciente importancia estratégica de las islas, situadas ahora en la ruta de regreso desde la costa occidental de África (denominada sucesivamente «volta de Guiné» y «volta da Mina»); y las referencias al mar de los Sargazos (también llamado en aquel entonces «Mar da Baga»), al oeste de las Azores , en 1436, revelan la extensión occidental de la ruta de regreso. ^{[ 7 ]} Esto es necesario, navegando a vela, para aprovechar los vientos del sureste y del noreste que se alejan de la costa occidental de África, hasta las latitudes septentrionales donde los vientos del oeste llevarán a los marineros hacia las costas occidentales de Europa. ^{[ 8 ]}

El secretismo que rodeaba las navegaciones portuguesas, con la pena de muerte por la filtración de mapas y rutas, concentró todos los registros sensibles en los Archivos Reales, completamente destruidos por el terremoto de Lisboa de 1775. Sin embargo, la naturaleza sistemática de la campaña portuguesa, que cartografiaba las corrientes y los vientos del Atlántico, se demuestra por la comprensión de las variaciones estacionales, con expediciones que zarpaban en diferentes épocas del año tomando diferentes rutas para tener en cuenta los vientos predominantes de cada estación. Esto sucede desde finales del siglo XV y principios del XVI: Bartolomeu Dias siguió la costa africana en su camino hacia el sur en agosto de 1487, mientras que Vasco da Gama tomaría una ruta en mar abierto desde la latitud de Sierra Leona , pasando tres meses en mar abierto del Atlántico Sur para aprovechar la desviación hacia el sur del suroeste en el lado brasileño (y la corriente brasileña que se dirigía hacia el sur; Gama partió en julio de 1497); y Pedro Álvares Cabral (que partió en marzo de 1500) tomó un arco aún mayor hacia el oeste, desde la latitud de Cabo Verde, evitando así el monzón de verano (que habría bloqueado la ruta tomada por Gama en el momento de su partida). ^{[ 9 ]} Además, hubo expediciones sistemáticas que se adentraron en el Atlántico Norte occidental (Teive, 1454; Vogado, 1462; Teles, 1474; Ulmo, 1486). ^{[ 10 ]}

Los documentos relativos al suministro de barcos y al pedido de tablas de declinación solar para el Atlántico Sur ya en 1493–1496, ^{[ 11 ]} sugieren una actividad bien planificada y sistemática que tuvo lugar durante el período de una década entre el descubrimiento del extremo sur de África por Bartolomeu Dias y la partida de Gama; además, hay indicios de otros viajes de Bartolomeu Dias en la zona. ^{[ 7 ]} La consecuencia más significativa de este conocimiento sistemático fue la negociación del Tratado de Tordesillas en 1494, que movió la línea de demarcación 270 leguas al oeste (de 100 a 370 leguas al oeste de las Azores), incorporando lo que hoy es Brasil al área de dominio portugués. El conocimiento adquirido a partir de la exploración en mar abierto permitió los bien documentados períodos prolongados de navegación sin avistar tierra, no por accidente sino como una ruta planificada predeterminada; Por ejemplo, los 30 días que tardó el Bartolomeu Dias en llegar a Mossel Bay , los tres meses que el Gama pasó en el Atlántico Sur para aprovechar la corriente de Brasil (hacia el sur), o los 29 días que tardó el Cabral en ir desde Cabo Verde hasta desembarcar en Monte Pascoal , Brasil.

La expedición danesa a Arabia (1761-1767) puede considerarse la primera expedición oceanográfica del mundo, ya que el barco Grønland llevaba a bordo un grupo de científicos, entre ellos el naturalista Peter Forsskål , a quien el rey Federico V le había encomendado la tarea específica de estudiar y describir la vida marina en alta mar, incluyendo la investigación de la causa del mareel o mar lechoso. Para ello, la expedición estaba equipada con redes y raspadores, diseñados específicamente para recolectar muestras de las aguas abiertas y del fondo marino a gran profundidad. ^{[ 12 ]}

Aunque Juan Ponce de León identificó por primera vez la Corriente del Golfo en 1513 , y esta corriente era bien conocida por los marineros, Benjamin Franklin realizó el primer estudio científico de la misma y le dio su nombre. Franklin midió las temperaturas del agua durante varias travesías del Atlántico y explicó correctamente la causa de la Corriente del Golfo. Franklin y Timothy Folger imprimieron el primer mapa de la Corriente del Golfo entre 1769 y 1770. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Exploradores de finales del siglo XVIII, como James Cook y Louis Antoine de Bougainville , recopilaron información sobre las corrientes del océano Pacífico. James Rennell escribió los primeros libros de texto científicos sobre oceanografía, detallando las corrientes de los océanos Atlántico e Índico . Durante un viaje alrededor del Cabo de Buena Esperanza en 1777, cartografió «los bancos y las corrientes de Lagullas » . También fue el primero en comprender la naturaleza de la corriente intermitente cerca de las Islas Sorlingas (conocida actualmente como Corriente de Rennell). ^{[ 15 ]}

Las mareas y las corrientes oceánicas son fenómenos distintos. Las mareas son el ascenso y descenso del nivel del mar, causados ​​por la combinación de las fuerzas gravitatorias de la Luna y el Sol (aunque en menor medida) y también por la órbita de la Tierra y la Luna entre sí. Una corriente oceánica es un movimiento continuo y dirigido del agua de mar, generado por diversas fuerzas que actúan sobre ella, como el viento, el efecto Coriolis , las olas rompientes , la erosión interna y las diferencias de temperatura y salinidad . ^{[ 16 ]}

Sir James Clark Ross realizó el primer sondeo moderno en aguas profundas en 1840, y Charles Darwin publicó un artículo sobre arrecifes y la formación de atolones como resultado del segundo viaje del HMS Beagle entre 1831 y 1836. Robert FitzRoy publicó un informe en cuatro volúmenes sobre los tres viajes del Beagle . Entre 1841 y 1842, Edward Forbes llevó a cabo trabajos de dragado en el mar Egeo que sentaron las bases de la ecología marina.

El primer superintendente del Observatorio Naval de los Estados Unidos (1842-1861), Matthew Fontaine Maury, dedicó su tiempo al estudio de la meteorología marina, la navegación y la cartografía de los vientos y corrientes predominantes. Su libro de texto de 1855, Geografía física del mar, fue uno de los primeros estudios oceanográficos exhaustivos. Numerosas naciones enviaron observaciones oceanográficas a Maury al Observatorio Naval, donde él y sus colegas evaluaron la información y distribuyeron los resultados a nivel mundial. ^{[ 17 ]}

El conocimiento de los océanos se limitaba a las pocas brazas superficiales y a una pequeña porción del fondo, principalmente en zonas poco profundas. Casi no se sabía nada de las profundidades oceánicas. Los esfuerzos de la Marina Real Británica por cartografiar todas las costas del mundo a mediados del siglo XIX reforzaron la vaga idea de que la mayor parte del océano era muy profundo, aunque se sabía poco más. A medida que la exploración despertaba el interés popular y científico por las regiones polares y África , también lo hacían los misterios de los océanos inexplorados.

El evento fundamental en la fundación de la ciencia moderna de la oceanografía fue la expedición Challenger de 1872-1876 . Como el primer crucero oceanográfico verdadero, esta expedición sentó las bases para toda una disciplina académica y de investigación. ^{[ 18 ]} En respuesta a una recomendación de la Royal Society , el Gobierno británico anunció en 1871 una expedición para explorar los océanos del mundo y llevar a cabo la investigación científica apropiada. Charles Wyville Thomson y Sir John Murray lanzaron la expedición Challenger . Challenger , arrendado a la Royal Navy, fue modificado para el trabajo científico y equipado con laboratorios separados para historia natural y química . ^{[ 19 ]} Bajo la supervisión científica de Thomson, Challenger viajó casi 70 000 millas náuticas (130 000 km) realizando estudios y exploraciones. En su viaje de circunnavegación del globo, ^{[ 19 ]} se realizaron 492 sondeos de aguas profundas, 133 dragados de fondo, 151 arrastres en aguas abiertas y 263 observaciones seriadas de la temperatura del agua. ^{[ 20 ]} Se descubrieron alrededor de 4700 nuevas especies de vida marina. El resultado fue el Informe de los resultados científicos del viaje de exploración del HMS Challenger durante los años 1873-76 . Murray, quien supervisó la publicación, describió el informe como "el mayor avance en el conocimiento de nuestro planeta desde los célebres descubrimientos de los siglos XV y XVI". Posteriormente fundó la disciplina académica de oceanografía en la Universidad de Edimburgo , que siguió siendo el centro de la investigación oceanográfica hasta bien entrado el siglo XX. ^{[ 21 ]} Murray fue el primero en estudiar las fosas marinas y, en particular, la Dorsal Mesoatlántica , y en cartografiar los depósitos sedimentarios en los océanos. Intentó trazar un mapa de las corrientes oceánicas del mundo basándose en observaciones de salinidad y temperatura, y fue el primero en comprender correctamente la naturaleza del desarrollo de los arrecifes de coral .      

A finales del siglo XIX, otras naciones occidentales también enviaron expediciones científicas (al igual que particulares e instituciones). El primer buque oceanográfico construido específicamente para este fin, el Albatros , se construyó en 1882. En 1893, Fridtjof Nansen dejó que su barco, el Fram , quedara atrapado en el hielo del Ártico. Esto le permitió obtener datos oceanográficos, meteorológicos y astronómicos en un punto fijo durante un período prolongado.

En 1881, el geógrafo John Francon Williams publicó un libro fundamental, Geografía de los océanos . ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} Entre 1907 y 1911, Otto Krümmel publicó el Handbuch der Ozeanographie , que se volvió influyente para despertar el interés público en la oceanografía. ^{[ 25 ]} La expedición de cuatro meses al Atlántico Norte de 1910 , encabezada por John Murray y Johan Hjort, fue el proyecto de investigación oceanográfica y zoológica marina más ambicioso jamás emprendido hasta entonces, y condujo al libro clásico de 1912 , Las profundidades del océano .

La primera medición acústica de la profundidad del mar se realizó en 1914. Entre 1925 y 1927, la expedición "Meteor" recopiló 70.000 mediciones de la profundidad oceánica utilizando una ecosonda, explorando la Dorsal Mesoatlántica.

En 1934, Easter Ellen Cupp , la primera mujer en obtener un doctorado (en Scripps) en los Estados Unidos, completó un importante trabajo sobre diatomeas ^{[ 26 ]} que siguió siendo la taxonomía estándar en el campo hasta mucho después de su muerte en 1999. En 1940, Cupp fue despedida de su puesto en Scripps. Sverdrup elogió específicamente a Cupp como una trabajadora concienzuda e industriosa y comentó que su decisión no reflejaba en absoluto su capacidad como científica. Sverdrup utilizó el puesto de instructor que Cupp había dejado vacante para contratar a Marston Sargent, un biólogo que estudiaba algas marinas, lo cual no era un programa de investigación nuevo en Scripps. Las presiones financieras no impidieron que Sverdrup mantuviera los servicios de otros dos jóvenes estudiantes posdoctorales, Walter Munk y Roger Revelle . La pareja de Cupp, Dorothy Rosenbury, le encontró un puesto como profesora de secundaria, donde permaneció durante el resto de su carrera. (Russell, 2000)

Sverdrup, Johnson y Fleming publicaron Los océanos en 1942, ^{[ 27 ]} que fue un hito importante. El mar (en tres volúmenes, que abarcan oceanografía física, agua de mar y geología), editado por MN Hill, se publicó en 1962, mientras que la Enciclopedia de oceanografía de Rhodes Fairbridge se publicó en 1966.

La Gran Falla Global, que se extiende a lo largo de la Dorsal Mesoatlántica, fue descubierta por Maurice Ewing y Bruce Heezen en 1953 y cartografiada por Heezen y Marie Tharp utilizando datos batimétricos; en 1954, el Instituto Ártico de la URSS descubrió una cadena montañosa bajo el Océano Ártico. La teoría de la expansión del fondo oceánico fue desarrollada en 1960 por Harry Hammond Hess . El Programa de Perforación Oceánica comenzó en 1966. Las chimeneas hidrotermales de aguas profundas fueron descubiertas en 1977 por Jack Corliss y Robert Ballard en el sumergible DSV Alvin  . ^{[ 28 ]}

En la década de 1950, Auguste Piccard inventó el batiscafo y utilizó el batiscafo Trieste para investigar las profundidades del océano. El submarino nuclear estadounidense Nautilus realizó el primer viaje bajo el hielo hasta el Polo Norte en 1958. En 1962 se desplegó por primera vez la FLIP (Plataforma Flotante de Instrumentos), una boya de mástil de 108 metros (355 pies ) de longitud. 

En 1968, Tanya Atwater lideró la primera expedición oceanográfica compuesta exclusivamente por mujeres. Hasta entonces, las políticas de género habían restringido considerablemente la participación de las oceanógrafas en expediciones.

Desde la década de 1970, se ha hecho mucho hincapié en la aplicación de grandes ordenadores a la oceanografía para permitir predicciones numéricas de las condiciones oceánicas y como parte de la predicción general del cambio ambiental. Las primeras técnicas incluían ordenadores analógicos (como el Ishiguro Storm Surge Computer ), que ahora han sido sustituidos en general por métodos numéricos (por ejemplo, SLOSH ). Se estableció una red de boyas oceanográficas en el Pacífico para permitir la predicción de los fenómenos de El Niño .

En 1990 comenzó el Experimento Mundial de Circulación Oceánica (WOCE, por sus siglas en inglés), que se prolongó hasta 2002. Los datos de cartografía del fondo marino de Geosat estuvieron disponibles en 1995.

El estudio de los océanos es fundamental para comprender los cambios en el balance energético de la Tierra, así como las transformaciones globales y regionales relacionadas con el clima , la biosfera y la biogeoquímica . La atmósfera y el océano están interconectados debido a la evaporación y la precipitación , así como al flujo térmico (y la insolación solar ). Estudios recientes han ampliado el conocimiento sobre la acidificación oceánica , el contenido de calor oceánico , las corrientes oceánicas , el aumento del nivel del mar , el ciclo del carbono oceánico , el ciclo del agua , la disminución del hielo marino del Ártico , el blanqueamiento de los corales , las olas de calor marinas , los fenómenos meteorológicos extremos , la erosión costera y muchos otros fenómenos relacionados con el cambio climático actual y sus retroalimentación .

En general, comprender el océano mundial mediante estudios científicos más profundos permite una mejor gestión y utilización sostenible de los recursos de la Tierra. ^{[ 29 ]} La Comisión Oceanográfica Intergubernamental informa que el 1,7 % del gasto total en investigación nacional de sus miembros se centra en la ciencia oceánica. ^{[ 30 ]}

La oceanografía biológica investiga la ecología y la biología de los organismos marinos en el contexto de las características físicas, químicas y geológicas de su entorno oceánico.

La oceanografía química es el estudio de la química del océano. Mientras que la oceanografía química se ocupa principalmente del estudio y la comprensión de las propiedades del agua de mar y sus cambios, la química oceánica se centra principalmente en los ciclos geoquímicos . El siguiente es un tema central investigado por la oceanografía química.

La oceanografía geológica es el estudio de la geología del fondo oceánico, incluyendo la tectónica de placas y la paleoceanografía .

La oceanografía física estudia los atributos físicos del océano, incluyendo la estructura de temperatura y salinidad, la mezcla, las olas superficiales , las olas internas, las mareas superficiales , las mareas internas y las corrientes . A continuación se presentan los temas centrales que investiga la oceanografía física.

La paleoceanografía es el estudio de la historia de los océanos en el pasado geológico, considerando su circulación, química, biología, geología, patrones de sedimentación y productividad biológica. Los estudios paleoceanográficos, mediante modelos ambientales y diversos indicadores, permiten a la comunidad científica evaluar el papel de los procesos oceánicos en el clima global, reconstruyendo el clima del pasado en distintos intervalos. La investigación paleoceanográfica está estrechamente ligada a la paleoclimatología.

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