Termoclina

Una termoclina (también conocida como capa térmica o metalimnion en los lagos) es una capa diferenciada según la temperatura dentro de una gran masa de fluido (por ejemplo, agua , como en un océano o lago; o aire, como en la atmósfera ) con un alto gradiente de diferencias de temperatura marcadas asociadas con la profundidad. En el océano , la termoclina divide la capa mixta superior de las aguas profundas y tranquilas que se encuentran debajo. ^{[ 1 ]}

Dependiendo en gran medida de la estación del año , la latitud y la mezcla turbulenta producida por el viento , las termoclinas pueden ser una característica semipermanente del cuerpo de agua en el que se presentan, o pueden formarse temporalmente en respuesta a fenómenos como el calentamiento/enfriamiento radiativo del agua superficial durante el día/la noche. Los factores que afectan la profundidad y el espesor de una termoclina incluyen las variaciones climáticas estacionales , la latitud y las condiciones ambientales locales, como las mareas y las corrientes .

La mayor parte de la energía térmica de la luz solar que incide sobre la Tierra es absorbida en los primeros centímetros de la superficie del océano, que se calienta durante el día y se enfría por la noche a medida que la energía térmica se pierde en el espacio por radiación. Las olas mezclan el agua cerca de la capa superficial y distribuyen el calor a aguas más profundas, de modo que la temperatura puede ser relativamente uniforme en los primeros 100 metros (330 pies) , dependiendo de la fuerza de las olas y de la existencia de turbulencia superficial causada por las corrientes. Debajo de esta capa mixta , la temperatura permanece relativamente estable durante los ciclos día/noche. La temperatura del océano profundo desciende gradualmente con la profundidad. Como el agua salada no se congela hasta alcanzar los -2,3 °C (27,9 °F) (más fría a medida que aumenta la profundidad y la presión), la temperatura muy por debajo de la superficie suele estar cerca de cero grados. ^{[ 3 ]}   

La termoclina varía en profundidad. Es semipermanente en los trópicos, variable en las regiones templadas y poco profunda o inexistente en las regiones polares, donde la columna de agua es fría desde la superficie hasta el fondo. ^{[ 4 ]} Una capa de hielo marino actúa como una manta aislante. Las primeras mediciones globales precisas se realizaron durante la expedición oceanográfica del HMS Challenger . ^{[ 5 ]}

En mar abierto, la termoclina se caracteriza por un gradiente negativo de velocidad del sonido , lo que la hace importante en la guerra submarina, ya que puede reflejar el sonar activo y otras señales acústicas. Esto se debe a una discontinuidad en la impedancia acústica del agua, creada por el cambio repentino de densidad.

En el buceo , a veces se puede observar una termoclina, donde la temperatura del agua desciende bruscamente unos pocos grados Celsius, entre dos masas de agua; por ejemplo, cuando el agua ascendente más fría choca con una capa superficial de agua más cálida. Esto le da al agua una apariencia de vidrio arrugado, del tipo que se usa a menudo en las ventanas de los baños para dificultar la visión, y se debe a la alteración del índice de refracción de la columna de agua fría o caliente. Estos mismos efectos de schlieren se pueden observar cuando el aire caliente se eleva desde el asfalto en aeropuertos o carreteras del desierto y son la causa de los espejismos .

La termoclina en el océano puede variar en profundidad y fuerza estacionalmente. ^{[ 4 ]} Esto es particularmente notorio en latitudes medias con una capa mixta más gruesa en invierno y más delgada en verano. ^{[ 6 ]} Las temperaturas más frías del invierno hacen que la termoclina descienda a mayores profundidades y las temperaturas más cálidas del verano la traen de vuelta a la capa superior. En áreas cercanas a los trópicos y subtrópicos, la termoclina puede volverse aún más delgada en verano que en otros lugares. ^{[ 6 ]} En latitudes más altas, alrededor de los polos, hay más una termoclina estacional que una permanente con aguas superficiales más cálidas. ^{[ 6 ]} Aquí es donde hay una capa dicotérmica en lugar de una permanente.

En el hemisferio norte, las temperaturas máximas en la superficie se registran durante agosto y septiembre, y las mínimas durante febrero y marzo, siendo marzo el mes con el menor contenido total de calor. ^{[ 6 ]} Es entonces cuando la termoclina estacional comienza a recuperarse tras haberse disipado durante los meses más fríos.

Una termoclina permanente es aquella que no se ve afectada por la estación del año y se encuentra por debajo de la profundidad máxima anual de la capa de mezcla. ^{[ 7 ]}

Las termoclinas también se pueden observar en los lagos. En climas fríos, esto da lugar a un fenómeno llamado estratificación . Durante el verano, el agua cálida, que es menos densa, se sitúa sobre el agua más fría, densa y profunda, separadas por una termoclina. La capa cálida se llama epilimnio y la capa fría, hipolimnio . Debido a que el agua cálida está expuesta al sol durante el día, existe un sistema estable y se produce muy poca mezcla de agua cálida y fría, especialmente en tiempo tranquilo.

Una consecuencia de esta estabilidad es que, a medida que avanza el verano, disminuye la cantidad de oxígeno bajo la termoclina, ya que el agua que se encuentra debajo de ella no circula hacia la superficie y los organismos presentes en ella consumen el oxígeno disponible. Al acercarse el invierno, la temperatura del agua superficial desciende debido a que el enfriamiento nocturno predomina en la transferencia de calor. Se alcanza un punto en el que la densidad del agua superficial en enfriamiento supera la del agua profunda, y comienza la mezcla de las capas de agua, ya que el agua superficial densa se desplaza hacia abajo por efecto de la gravedad. Este proceso se ve favorecido por el viento u otros factores (como las corrientes) que agitan el agua. Este efecto también se produce en las aguas del Ártico y la Antártida, donde el agua que asciende a la superficie, aunque con bajo contenido de oxígeno, tiene mayor concentración de nutrientes que el agua superficial original. Este enriquecimiento de nutrientes en la superficie puede generar floraciones de fitoplancton , lo que convierte a estas áreas en zonas productivas.

A medida que la temperatura continúa descendiendo, el agua de la superficie puede enfriarse lo suficiente como para congelarse y el lago u océano comienza a cubrirse de hielo. Se desarrolla una nueva termoclina donde el agua más densa ( 4 °C (39 °F) ) se hunde hasta el fondo, y el agua menos densa (que se acerca al punto de congelación) asciende a la superficie. Una vez establecida esta nueva estratificación, persiste hasta que el agua se calienta lo suficiente para la "renovación primaveral", que ocurre después de que el hielo se derrite y la temperatura del agua superficial alcanza los 4 °C. Durante esta transición, puede desarrollarse una barra térmica .   

Pueden producirse ondas en la termoclina, lo que provoca que su profundidad, medida en un punto específico, oscile (generalmente como una forma de seiche ). Alternativamente, las ondas pueden ser inducidas por el flujo sobre un fondo elevado, produciendo una onda termoclina que no varía con el tiempo, pero sí en profundidad según la dirección del flujo.

La capa térmica que separa la troposfera (atmósfera inferior) de la estratosfera (atmósfera superior) es una termoclina. La temperatura generalmente disminuye con la altitud, pero el calor acumulado durante el día se libera por la noche, creando una zona cálida a nivel del suelo con aire más frío por encima. Esto se conoce como inversión térmica (otro ejemplo de termoclina). Al amanecer, la energía solar calienta el suelo, provocando que el aire caliente ascienda, desestabilizando y, finalmente, revirtiendo la capa de inversión. Este fenómeno se aplicó por primera vez al estudio de la contaminación acústica en la década de 1960, contribuyendo al diseño de autopistas urbanas y barreras acústicas . ^{[ 8 ]}

• Batitermógrafo : dispositivo para detectar la temperatura y la presión del agua. 
• Circulación termohalina : parte de la circulación oceánica a gran escala. 
• Surgencia artificial : fenómeno oceanográfico del movimiento del agua del océano impulsado por el viento. 
• Flotabilidad : fuerza ascendente que se opone al peso de un objeto sumergido en un fluido. 
• Canal SOFAR , también conocido como canal de sonido profundo : capa de agua utilizada en la vigilancia oceánica. 
• Estratificación lacustre : Separación del agua de un lago en capas distintas. 
• Barrera acústica : Estructura exterior en la infraestructura utilizada para evitar que escapen sonidos fuertes. 
• Oscilación del Sur – Fenómeno climático global Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento 
• Capas delgadas (oceanografía)