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Articulo de referencia

Giro oceánico

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Mapa que muestra 5 círculos. El primero está entre Australia occidental y África oriental. El segundo, entre Australia oriental y Sudamérica occidental. El tercero, entre Japón y Norteamérica occidental. De los dos que se encuentran en el Atlántico, uno está en el hemisferio.
Giro del Atlántico Norte
Giro del Atlántico Norte
Giro del Atlántico Norte
Giro del Océano Índico
Giro del Pacífico Norte
Giro del Pacífico Sur
Giro del Atlántico Sur    
Mapa que muestra 5 círculos. El primero está entre Australia occidental y África oriental. El segundo, entre Australia oriental y Sudamérica occidental. El tercero, entre Japón y Norteamérica occidental. De los dos que se encuentran en el Atlántico, uno está en el hemisferio.
Mapa mundial de los cinco principales giros oceánicos.

En oceanografía , un giro ( / ˈ dʒ aɪ ər / ) es un gran sistema de corrientes superficiales oceánicas que se mueven de forma circular impulsado por los movimientos del viento . Los giros son causados ​​por el efecto Coriolis ; la vorticidad planetaria , la fricción horizontal y la fricción vertical determinan los patrones circulatorios a partir del rizo del esfuerzo del viento ( torque ). [ 1 ] El término giro puede referirse a cualquier tipo de vórtice en una atmósfera o un mar , [ 2 ] incluso uno creado por el hombre, pero se usa más comúnmente en oceanografía terrestre para referirse a los principales sistemas oceánicos .

Formación

Los giros oceánicos más grandes son impulsados ​​por el viento, lo que significa que su ubicación y dinámica están controladas por los patrones de viento globales predominantes : vientos del este en los trópicos y vientos del oeste en las latitudes medias. Estos patrones de viento dan como resultado una vorticidad del esfuerzo del viento que impulsa el bombeo de Ekman en los subtrópicos (lo que resulta en hundimiento ) y la succión de Ekman en las regiones subpolares (lo que resulta en afloramiento ). [ 3 ] El bombeo de Ekman da como resultado un aumento de la altura de la superficie del mar en el centro del giro y corrientes geostróficas anticiclónicas en los giros subtropicales. [ 3 ] La succión de Ekman da como resultado una disminución de la altura de la superficie del mar y corrientes geostróficas ciclónicas en los giros subpolares. [ 3 ]

Los giros son asimétricos, con flujos más fuertes en su límite occidental y flujos más débiles en su interior. El flujo interior débil que es típico en la mayor parte del giro es resultado de la conservación de la vorticidad potencial . En las ecuaciones de aguas poco profundas (aplicables para el flujo a escala de cuenca ya que la escala de longitud horizontal es mucho mayor que la escala de longitud vertical), la vorticidad potencial es una función de la vorticidad relativa (local).ζ{\displaystyle \zeta }(zeta), vorticidad planetariaF{\displaystyle f}y la profundidadH{\displaystyle H}y se conserva con respecto a la derivada material : [ 4 ]

DDt(ζ+FH)=0{\displaystyle {D \over Dt}\left({\frac {\zeta +f}{H}}\right)=0}

En el caso del giro oceánico subtropical, el bombeo de Ekman produce una acumulación de agua en el centro del giro, comprimiendo las masas de agua. Esto resulta en una disminución deH{\displaystyle H}, por lo tanto, por la conservación de la vorticidad potencial, el numeradorζ+F{\displaystyle \zeta +f}también debe disminuir. [ 5 ] Se puede simplificar aún más al darse cuenta de que, en los giros oceánicos a escala de cuenca, la vorticidad relativaζ{\displaystyle \zeta }es pequeño, lo que significa que los cambios locales en la vorticidad no pueden explicar la disminución enH{\displaystyle H}. [ 5 ] Por lo tanto, la vorticidad planetariaF{\displaystyle f}debe cambiar en consecuencia. La única forma de disminuir la vorticidad planetaria es moviendo la parcela de agua hacia el ecuador, por lo que en la mayoría de los giros subtropicales hay un flujo débil hacia el ecuador. Harald Sverdrup cuantificó este fenómeno en su artículo de 1947, "Corrientes impulsadas por el viento en un océano baroclínico", [ 6 ] en el que el balance de Sverdrup (integrado en profundidad) se define como: [ 7 ]

FVgramo=βρwmi{\displaystyle fV_{g}=\beta \rho w_{E}}

Aquí,Vgramo{\displaystyle V_{g}}es el transporte de masa meridional (norte positivo),β{\displaystyle \beta }es el parámetro de Rossby ,ρ{\displaystyle \rho }es la densidad del agua, ywmi{\displaystyle w_{E}}es la velocidad vertical de Ekman debida al rizo del esfuerzo del viento (positivo hacia arriba). Para una velocidad de Ekman negativa (por ejemplo, bombeo de Ekman en giros subtropicales), el transporte de masa meridional (transporte de Sverdrup) es negativo (hacia el sur, hacia el ecuador) en el hemisferio norte (F>0{\displaystyle f>0}Por el contrario, para una velocidad de Ekman positiva (por ejemplo, succión de Ekman en giros subpolares), el transporte de Sverdrup es positivo (hacia el norte, hacia el polo) en el hemisferio norte.

Dos gráficos de perfil de velocidad, el superior de los cuales representa la velocidad del flujo con una pendiente positiva cerca del límite occidental y el inferior de los cuales representa la velocidad del flujo con una pendiente negativa cerca del límite oriental.
Perfil de velocidad dentro de la capa límite calculado mediante la solución de Munk [ 8 ] para la capa límite occidental (arriba) y oriental (abajo) en un giro subtropical del hemisferio norte. Nótese que la vorticidad positiva se introduce en el flujo cerca del límite solo en el caso de la corriente del límite occidental, lo que significa que esta es la única solución válida para el flujo de retorno del giro.

intensificación occidental

Como argumenta el equilibrio de Sverdrup, los giros oceánicos subtropicales tienen un flujo débil hacia el ecuador, y los giros oceánicos subpolares tienen un flujo débil hacia el polo en la mayor parte de su área. Sin embargo, debe existir algún flujo de retorno que vaya en contra del transporte de Sverdrup para preservar el balance de masas. [ 9 ] En este sentido, la solución de Sverdrup es incompleta, ya que no tiene un mecanismo para predecir este flujo de retorno. [ 9 ] Las contribuciones de Henry Stommel y Walter Munk resolvieron este problema al demostrar que el flujo de retorno de los giros se produce a través de una corriente de contorno occidental intensificada. [ 10 ] [ 8 ] La solución de Stommel se basa en una capa límite inferior friccional que no es necesariamente física en un océano estratificado (las corrientes no siempre se extienden hasta el fondo). [ 5 ]

Dos gráficos: el de la izquierda muestra una función sinusoidal que representa los vientos sobre un giro subtropical y el de la derecha muestra la circulación resultante del giro en una cuenca rectangular, que gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor de la cuenca y se intensifica hacia el oeste.
La función de flujo normalizadaψ{\displaystyle \psi }(derecha) calculado utilizando la solución de capa límite de Munk [ 8 ] en un giro oceánico rectangular de fondo plano en un plano beta en el hemisferio norte centrado en 30°N con escala de longitud horizontalL{\displaystyle L}Los vientos aplicadosτ{\displaystyle \tau }Las líneas de corriente (izquierda) son sinusoidales, lo que representa una aproximación de los vientos típicos que impulsan un giro subtropical. El flujo se produce a lo largo de las líneas de corriente (líneas punteadas negras) y la función de corriente es negativa en todo el giro, lo que indica que este gira en sentido horario. La distancia entre las líneas de corriente es inversamente proporcional a la velocidad del flujo; obsérvese que las líneas de corriente están mucho más juntas en el lado oeste de la cuenca, lo que indica una intensificación del giro hacia el oeste.

La solución de Munk se basa en la fricción entre el flujo de retorno y la pared lateral de la cuenca. [ 5 ] Esto permite dos casos: uno con el flujo de retorno en el límite occidental (corriente de límite occidental) y otro con el flujo de retorno en el límite oriental (corriente de límite oriental). Un argumento cualitativo para la presencia de soluciones de corriente de límite occidental sobre soluciones de corriente de límite oriental se puede encontrar a través de la conservación de la vorticidad potencial. Considerando nuevamente el caso de un giro subtropical del hemisferio norte, el flujo de retorno debe ir hacia el norte. Para moverse hacia el norte (un aumento enF{\displaystyle f}), debe haber una fuente de vorticidad relativa positiva para el sistema. La vorticidad relativa en el sistema de aguas poco profundas es: [ 11 ]

ζ=∂v∂incógnita−∂tú∂y{\displaystyle \zeta ={\partial v \over \partial x}-{\partial u \over \partial y}}

Aquív{\displaystyle v}es de nuevo la velocidad meridional ytú{\displaystyle u}es la velocidad zonal . En el sentido de un flujo de retorno hacia el norte, se desprecia la componente zonal y solo la velocidad meridional es importante para la vorticidad relativa. Por lo tanto, esta solución requiere que∂v/∂incógnita>0{\displaystyle \partial v/\partial x>0}con el fin de aumentar la vorticidad relativa y tener un flujo de retorno válido hacia el norte en el giro subtropical del hemisferio norte. [ 5 ]

Debido a la fricción en el límite, la velocidad del flujo debe llegar a cero en la pared lateral antes de alcanzar una velocidad máxima hacia el norte dentro de la capa límite y decaer a la solución de transporte de Sverdrup hacia el sur lejos del límite. Por lo tanto, la condición de que∂v/∂incógnita>0{\displaystyle \partial v/\partial x>0}solo puede satisfacerse a través de una capa de fricción en el límite occidental, ya que las fuerzas de la capa de fricción en el límite oriental∂v/∂incógnita<0{\displaystyle \partial v/\partial x<0}. [ 5 ] Argumentos similares se hicieron para los giros subtropicales en el hemisferio sur y para los giros subpolares en cualquiera de los hemisferios y arrojan el mismo resultado: el flujo de retorno de un giro oceánico siempre tiene la forma de una corriente de límite occidental.

La corriente de frontera occidental debe transportar un volumen de agua del mismo orden que el transporte interior de Sverdrup en un área mucho menor. Esto significa que las corrientes de frontera occidentales son mucho más fuertes que las corrientes interiores, [ 5 ] un fenómeno llamado "intensificación occidental".

Distribución

giros subtropicales

En los océanos del mundo existen cinco giros subtropicales principales: el Giro del Atlántico Norte, el Giro del Atlántico Sur, el Giro del Océano Índico, el Giro del Pacífico Norte y el Giro del Pacífico Sur. Todos los giros subtropicales son anticiclónicos, lo que significa que en el hemisferio norte giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que en el hemisferio sur giran en sentido contrario. Esto se debe a la fuerza de Coriolis . Los giros subtropicales suelen constar de cuatro corrientes: una corriente ecuatorial que fluye hacia el oeste, una corriente de frontera occidental estrecha y fuerte que fluye hacia los polos, una corriente que fluye hacia el este en las latitudes medias y una corriente de frontera oriental más débil y ancha que fluye hacia el ecuador.

Giro del Atlántico Norte

El Giro del Atlántico Norte se ubica en el hemisferio norte, en el Océano Atlántico, entre la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) al sur e Islandia al norte. La Corriente Ecuatorial del Norte transporta aguas cálidas hacia el oeste, en dirección al Caribe , y define el borde sur del Giro del Atlántico Norte. Una vez que estas aguas llegan al Caribe, se unen a las aguas cálidas del Golfo de México y forman la Corriente del Golfo , una corriente de frontera occidental. Esta corriente se dirige luego hacia el norte y el este, hacia Europa, formando la Corriente del Atlántico Norte . La Corriente de Canarias fluye hacia el sur a lo largo de la costa occidental de Europa y el norte de África, completando la circulación del giro. El centro del giro es el Mar de los Sargazos , que se caracteriza por la densa acumulación de algas Sargassum . [ 12 ]

Giro del Atlántico Sur

El Giro del Atlántico Sur se ubica en el hemisferio sur, en el Océano Atlántico, entre la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) al norte y la Corriente Circumpolar Antártica al sur. La Corriente Ecuatorial del Sur transporta agua hacia el oeste, en dirección a Sudamérica, formando el límite norte del giro del Atlántico Sur. El agua se desplaza hacia el sur en la Corriente de Brasil , la corriente que delimita el oeste del Giro del Atlántico Sur. La Corriente Circumpolar Antártica forma tanto el límite sur del giro como el componente oriental de su circulación. Finalmente, el agua llega a la costa oeste de África, donde es transportada hacia el norte a lo largo de la costa como parte de la Corriente de Benguela , que delimita el este , completando así la circulación del giro. La Corriente de Benguela experimenta el fenómeno de Benguela Niño, un análogo en el Océano Atlántico del fenómeno de El Niño en el Océano Pacífico , y se correlaciona con una reducción de la productividad primaria en la zona de afloramiento de Benguela. [ 13 ]

Giro del Océano Índico

El Giro del Océano Índico , ubicado en el Océano Índico, está bordeado por la ZCIT al norte y la Corriente Circumpolar Antártica al sur. La Corriente Ecuatorial del Sur forma el límite norte del Giro del Océano Índico al fluir hacia el oeste a lo largo del ecuador hacia la costa este de África. En la costa de África, la Corriente Ecuatorial del Sur se divide en Madagascar en la Corriente de Mozambique , que fluye hacia el sur a través del Canal de Mozambique , y la Corriente de Madagascar Oriental , que fluye hacia el sur a lo largo de la costa este de Madagascar; ambas son corrientes de límite occidental. Al sur de Madagascar, las dos corrientes se unen para formar la Corriente de Agulhas . [ 14 ] La Corriente de Agulhas fluye hacia el sur hasta unirse a la Corriente Circumpolar Antártica, que fluye hacia el este en el borde sur del Giro del Océano Índico. Debido a que el continente africano no se extiende tan al sur como el Giro del Océano Índico, parte del agua de la Corriente de Agulhas se "filtra" al Océano Atlántico, con efectos potencialmente importantes para la circulación termohalina global . [ 15 ] La circulación del giro se completa con la Corriente de Australia Occidental que fluye hacia el norte y forma el límite oriental del giro.

Giro del Pacífico Norte

El Giro del Pacífico Norte , uno de los ecosistemas más grandes de la Tierra, [ 16 ] limita al sur con la ZCIT y se extiende hacia el norte hasta aproximadamente los 50°N. En su límite sur, la Corriente Ecuatorial del Norte fluye hacia el oeste a lo largo del ecuador hacia el sudeste asiático. La Corriente de Kuroshio es la corriente límite occidental del Giro del Pacífico Norte, que fluye hacia el noreste a lo largo de la costa de Japón. Aproximadamente a los 50°N, el flujo gira hacia el este y se convierte en la Corriente del Pacífico Norte . La Corriente del Pacífico Norte fluye hacia el este, bifurcándose finalmente cerca de la costa oeste de América del Norte en la Corriente de Alaska, que fluye hacia el norte , y la Corriente de California , que fluye hacia el sur . [ 17 ] La ​​Corriente de Alaska es la corriente límite oriental del Giro de Alaska subpolar, [ 18 ] mientras que la Corriente de California es la corriente límite oriental que completa la circulación del Giro del Pacífico Norte. Dentro del Giro del Pacífico Norte se encuentra la Gran Mancha de Basura del Pacífico , un área de mayor concentración de residuos plásticos . [ 19 ]

Giro del Pacífico Sur

El Giro del Pacífico Sur , al igual que su contraparte septentrional, es uno de los ecosistemas más grandes de la Tierra, con un área que representa alrededor del 10% de la superficie oceánica global. [ 20 ] Dentro de esta vasta área se encuentra el Punto Nemo , el lugar de la Tierra más alejado de toda masa continental (a 2688  km de la tierra más cercana). [ 21 ] La lejanía de este giro dificulta el muestreo, lo que provoca que históricamente haya sido submuestreado en los conjuntos de datos oceanográficos. [ 22 ] [ 23 ] En su límite norte, la Corriente Ecuatorial del Sur fluye hacia el oeste, hacia el sudeste asiático y Australia. Allí, gira hacia el sur al fluir en la Corriente de Australia Oriental , una corriente de límite occidental. La Corriente Circumpolar Antártica devuelve el agua nuevamente hacia el este. El flujo gira hacia el norte a lo largo de la costa occidental de Sudamérica en la Corriente de Humboldt , la corriente de límite oriental. El Giro del Pacífico Sur tiene una elevada concentración de desechos plásticos cerca del centro, denominada la mancha de basura del Pacífico Sur . A diferencia de la mancha de basura del Pacífico Norte, que se describió por primera vez en 1988, [ 19 ] la mancha de basura del Pacífico Sur se descubrió mucho más recientemente en 2016 [ 24 ] (un testimonio de su lejanía).

giros subpolares

Los giros subpolares se forman en latitudes altas (alrededor de 60° ). La circulación del viento superficial y del agua del océano es ciclónica, en sentido antihorario en el hemisferio norte y en sentido horario en el hemisferio sur, alrededor de un área de baja presión , como la persistente baja de las Aleutianas y la baja de Islandia . La vorticidad del esfuerzo del viento en esta región impulsa la succión de Ekman, que crea un afloramiento de agua rica en nutrientes desde las profundidades más bajas. [ 25 ] La circulación subpolar en el hemisferio sur está dominada por la Corriente Circumpolar Antártica , debido a la falta de grandes masas de tierra que fragmenten el Océano Austral . Hay giros menores en el Mar de Weddell y el Mar de Ross , el Giro de Weddell y el Giro de Ross , que circulan en sentido horario.

Giro subpolar del Atlántico Norte

La distribución del Giro Subpolar del Atlántico Norte se muestra encima del Giro del Atlántico Norte, situado al sur.

El Giro Subpolar del Atlántico Norte, ubicado en el Océano Atlántico Norte, se caracteriza por una rotación en sentido antihorario de las aguas superficiales. Desempeña un papel crucial en el sistema global de circulación oceánica, influyendo en el clima y los ecosistemas marinos. [ 26 ] El giro es impulsado por la convergencia de aguas cálidas y saladas del sur y aguas frías y menos salinas del norte. A medida que estas aguas se encuentran, el agua cálida y densa se hunde bajo el agua más ligera y fría, iniciando un complejo patrón de circulación. El Giro Subpolar del Atlántico Norte tiene implicaciones significativas para la regulación climática, ya que ayuda a redistribuir el calor y los nutrientes en todo el Atlántico Norte, influyendo en los patrones climáticos y sustentando una diversa vida marina. Además, los cambios en la intensidad y la circulación del giro pueden afectar la variabilidad climática regional y pueden verse influenciados por tendencias más amplias del cambio climático. [ 26 ]

La circulación de vuelco meridional del Atlántico (AMOC) es un componente clave del sistema climático global a través de su transporte de calor y agua dulce. [ 26 ] El giro subpolar del Atlántico Norte se encuentra en una región donde la AMOC se desarrolla y moldea activamente mediante la mezcla y la transformación de masas de agua. Es una región donde grandes cantidades de calor transportadas hacia el norte por el océano se liberan a la atmósfera, modificando así el clima del noroeste de Europa. [ 27 ] El giro tiene una topografía compleja con una serie de cuencas en las que la circulación a gran escala se caracteriza por corrientes ciclónicas de contorno y recirculación interna. La Corriente del Atlántico Norte se desarrolla a partir de la extensión de la Corriente del Golfo y gira hacia el este, cruzando el Atlántico en una amplia banda entre aproximadamente 45°N y 55°N creando el límite sur del giro. Hay varias ramas de la Corriente del Atlántico Norte, que fluyen hacia una región intergiral oriental en el Golfo de Vizcaya , la Fosa de Rockall , la Cuenca de Islandia y el Mar de Irminger . Parte de la Corriente del Atlántico Norte fluye hacia el Mar de Noruega, y otra parte recircula dentro de las corrientes límite del giro subpolar. [ 26 ]

Giro de Ross

El giro de Ross se ubica en el océano Austral , rodeando la Antártida, justo fuera del mar de Ross. Este giro se caracteriza por una rotación en sentido horario de sus aguas superficiales, impulsada por la acción combinada del viento, la rotación terrestre y la forma del lecho marino. El giro desempeña un papel crucial en el transporte de calor, nutrientes y vida marina en el océano Austral, afectando la distribución del hielo marino e influyendo en los patrones climáticos regionales.

El mar de Ross es una región donde la mezcla de distintas masas de agua y las complejas interacciones con la criosfera conducen a la producción y exportación de agua densa, con impactos a escala global. [ 28 ] que controla la proximidad de las aguas cálidas de la Corriente Circumpolar Antártica a la plataforma continental del mar de Ross, donde pueden impulsar el derretimiento de las plataformas de hielo y aumentar el nivel del mar. [ 29 ] El aumento de las presiones del nivel del mar sobre los mares del Pacífico Sudeste/ Amundsen - Bellingshausen genera una celda de circulación ciclónica que reduce las alturas de la superficie del mar al norte del Giro de Ross a través de la succión de Ekman. La reducción relativa de las alturas de la superficie del mar al norte facilita una expansión hacia el noreste del límite exterior del Giro de Ross. Además, el giro se intensifica por una anomalía de tensión oceánica hacia el oeste sobre su límite sur. La consiguiente anomalía de transporte de Ekman hacia el sur eleva las alturas de la superficie del mar sobre la plataforma continental y acelera el flujo hacia el oeste al aumentar el gradiente de presión transversal a la pendiente. El centro de presión a nivel del mar puede tener un mayor impacto en el transporte del Giro de Ross o en el flujo a través de él, dependiendo de su ubicación y fuerza. Este giro tiene efectos significativos en las interacciones en el Océano Austral entre las aguas del margen antártico, la Corriente Circumpolar Antártica y los giros intermedios con una fuerte capa de hielo marino estacional, que desempeñan un papel importante en el sistema climático. [ 30 ]

El mar de Ross es el mar más austral de la Tierra y alberga la estación McMurdo de Estados Unidos y la estación Zuchelli de Italia . Aunque este giro oceánico se encuentra cerca de dos de las estaciones de investigación más importantes del mundo para el estudio de la Antártida, el giro de Ross sigue siendo uno de los giros menos estudiados del mundo. [ 31 ]

Ubicación de los giros oceánicos de Weddell y Ross y su distribución en el Océano Austral.

Giro de Weddell

El Giro de Weddell se ubica en el Océano Austral, rodeando la Antártida, justo fuera del Mar de Weddell. Se caracteriza por una rotación en sentido horario de las aguas superficiales, influenciada por los efectos combinados de los vientos, la rotación de la Tierra y la topografía del fondo marino. [ 32 ] Al igual que el Giro de Ross, el Giro de Weddell desempeña un papel fundamental en el movimiento del calor, los nutrientes y la vida marina en el Océano Austral. El conocimiento del comportamiento y la variabilidad del Giro de Weddell es crucial para comprender la interacción entre los procesos oceánicos en el hemisferio sur y sus implicaciones para el sistema climático global. [ 32 ]

Este giro se forma por las interacciones entre la Corriente Circumpolar Antártica y la Plataforma Continental Antártica . [ 33 ] El giro es una de las principales características oceanográficas del Océano Austral al sur de la Corriente Circumpolar Antártica, que desempeña un papel influyente en la circulación oceánica global, así como en el intercambio de gases con la atmósfera. [ 33 ] El giro está situado en el sector atlántico del Océano Austral, al sur de 55–60°S y aproximadamente entre 60°O y 30°E (Deacon, 1979). Se extiende sobre la llanura abisal de Weddell, donde se encuentra el Mar de Weddell, y se extiende hacia el este hasta la llanura abisal de Enderby. [ 33 ]

Giro marino de Beaufort

Imagen de la distribución del giro del mar de Beaufort y su relación con la deriva transpolar.

El giro anticiclónico de Beaufort es la circulación dominante de la cuenca de Canadá y el mayor reservorio de agua dulce en los sectores occidental y septentrional del océano Ártico. [ 34 ] El giro se caracteriza por una rotación a gran escala, casi permanente y en sentido antihorario de las aguas superficiales dentro del mar de Beaufort . Este giro funciona como un mecanismo crítico para el transporte de calor, nutrientes y hielo marino dentro de la región ártica, influyendo así en las características físicas y biológicas del medio marino. La vorticidad negativa del esfuerzo del viento sobre la región, mediada por la capa de hielo marino, conduce al bombeo de Ekman, al hundimiento de las superficies isopicnales y al almacenamiento de ~20 000 km³ de agua dulce en los primeros cientos de metros del océano. [ 35 ] El giro gana energía de los vientos del sur y pierde energía del norte durante un ciclo anual medio. La fuerte circulación atmosférica en otoño, combinada con áreas significativas de aguas abiertas, demuestra el efecto que el esfuerzo del viento tiene directamente sobre las corrientes geostróficas superficiales. [ 35 ] El Giro de Beaufort y la Deriva Transpolar están interconectados debido a su relación en el transporte de hielo marino a través del Océano Ártico. Su influencia en la distribución del agua dulce tiene amplias repercusiones en el aumento del nivel del mar y la dinámica climática a nivel mundial.

Biogeoquímica

Animación que muestra la densidad de organismos en la Tierra durante un año. El Giro del Pacífico Sur presenta una densidad de organismos visiblemente baja (en color púrpura).

Según su ubicación en el mundo, los giros oceánicos pueden ser regiones de alta o baja productividad biológica . Cada giro tiene un perfil ecológico único, pero se pueden agrupar por región debido a sus características predominantes. Generalmente, la productividad es mayor en los giros ciclónicos (por ejemplo, los giros subpolares) que generan surgencia mediante succión de Ekman, y menor en los giros anticiclónicos (por ejemplo, los giros subtropicales) que generan hundimiento mediante bombeo de Ekman, pero esto puede variar entre estaciones y regiones. [ 36 ]

Los giros subtropicales a veces se describen como "desiertos oceánicos" o "desiertos biológicos", en referencia a desiertos terrestres áridos donde existe poca vida. [ 37 ] Debido a sus características oligotróficas , los giros subtropicales cálidos tienen algunas de las aguas menos productivas por unidad de superficie en el océano. [ 36 ] El hundimiento del agua que ocurre en los giros subtropicales lleva los nutrientes a las profundidades del océano, retirándolos de las aguas superficiales. Las partículas orgánicas también pueden ser removidas de las aguas superficiales por hundimiento gravitacional, cuando la partícula es demasiado pesada para permanecer suspendida en la columna de agua. [ 38 ] Sin embargo, dado que los giros subtropicales cubren el 60% de la superficie oceánica, su producción relativamente baja por unidad de área se compensa al cubrir áreas masivas de la Tierra. [ 39 ] Esto significa que, a pesar de ser áreas de productividad y nutrientes relativamente bajos, desempeñan un papel importante en la contribución a la cantidad total de producción oceánica. [ 40 ] [ 41 ]

A diferencia de los giros subtropicales, los giros subpolares pueden tener mucha actividad biológica debido a la surgencia por succión de Ekman impulsada por la vorticidad del esfuerzo del viento. [ 42 ] Los giros subpolares en el Atlántico Norte tienen un patrón de "florecimiento y colapso" que sigue los patrones estacionales y de tormentas. La mayor productividad en el Atlántico Norte ocurre en la primavera boreal, cuando hay días largos y altos niveles de nutrientes. Esto es diferente al Pacífico Norte subpolar, donde casi no se produce floración de fitoplancton y los patrones de respiración son más consistentes a lo largo del tiempo que en el Atlántico Norte. [ 36 ]

Disponibilidad de nutrientes

La distribución del nitrato en todo el océano global.

La producción primaria en el océano depende en gran medida de la presencia de nutrientes y de la disponibilidad de luz solar. Aquí, los nutrientes se refieren al nitrógeno, nitrato, fosfato y silicato, todos nutrientes importantes en los procesos biogeoquímicos que tienen lugar en el océano. [ 43 ] Un método comúnmente aceptado para relacionar las diferentes disponibilidades de nutrientes entre sí con el fin de describir los procesos químicos es la ecuación de Redfield, Ketchum y Richards (RKR). Esta ecuación describe el proceso de fotosíntesis y respiración y las proporciones de los nutrientes involucrados. [ 44 ]

La ecuación RKR para la fotosíntesis y la respiración:

106CO2+16HNO3+H3correos4+122H2O⟶(CH2O)106(NUEVA HAMPSHIRE3)16H3correos4+138O2{\displaystyle {\ce {106CO2 +16HNO3 +H3PO4 +122H2O ->(CH2O)106(NH3)16H3PO4 +138O2}}}[ 44 ]
Este gráfico muestra la relación entre la disponibilidad de nitrógeno y fósforo en diferentes zonas del océano global. El nitrógeno suele ser un factor más limitante que el fósforo para la fotosíntesis.

Con las proporciones correctas de nutrientes en el lado izquierdo de la ecuación RKR y luz solar, se produce la fotosíntesis para generar plancton (producción primaria) y oxígeno. Por lo general, los nutrientes limitantes para la producción son el nitrógeno y el fósforo, siendo el nitrógeno el más limitante. [ 44 ]

La falta de nutrientes en las aguas superficiales de los giros subtropicales está relacionada con el fuerte hundimiento y sedimentación de partículas que ocurre en estas áreas como se mencionó anteriormente. Sin embargo, los nutrientes aún están presentes en estos giros. Estos nutrientes pueden provenir del transporte vertical, así como del transporte lateral a través de los frentes de los giros. Este transporte lateral ayuda a compensar la gran pérdida de nutrientes debido al hundimiento y sedimentación de partículas. [ 45 ] Sin embargo, la principal fuente de nitrato en los giros subtropicales limitados por nitrato es resultado de factores biológicos, no físicos. El nitrógeno en los giros subtropicales es producido principalmente por bacterias fijadoras de nitrógeno , [ 46 ] que son comunes en la mayoría de las aguas oligotróficas de los giros subtropicales. [ 47 ] Estas bacterias transforman el nitrógeno atmosférico en formas biodisponibles.

Regiones con alto contenido de nutrientes y bajo contenido de clorofila

El Giro de Alaska y el Giro Subártico Occidental son entornos limitados por hierro en lugar de nitrógeno o fósforo. Esta región depende del polvo que se desprende de Alaska y otras masas de tierra cercanas para obtener hierro. [ 48 ] Debido a que está limitada por hierro en lugar de nitrógeno o fósforo, se la conoce como una región de altos nutrientes y baja clorofila . [ 49 ] [ 50 ] La limitación de hierro en regiones de altos nutrientes y baja clorofila da como resultado aguas ricas en otros nutrientes porque no han sido eliminados por las pequeñas poblaciones de plancton que viven allí. [ 51 ]

Estacionalidad en el giro subpolar del Atlántico Norte

El Giro Subpolar del Atlántico Norte es una parte importante del mecanismo de absorción de dióxido de carbono del océano. La fotosíntesis de las comunidades de fitoplancton en esta área reduce estacionalmente el dióxido de carbono en las aguas superficiales, eliminándolo a través de la producción primaria. [ 52 ] Esta producción primaria ocurre estacionalmente, con los mayores niveles en verano. [ 53 ] Generalmente, la primavera es una época importante para la fotosíntesis, ya que se elimina la limitación de luz impuesta durante el invierno y hay altos niveles de nutrientes disponibles. Sin embargo, en el Giro Subpolar del Atlántico Norte, la productividad primaveral es baja en comparación con los niveles esperados. Se hipotetiza que esta baja productividad se debe a que el fitoplancton utiliza la luz de manera menos eficiente que en los meses de verano. [ 53 ]

Niveles tróficos

Los giros oceánicos suelen contener entre 5 y 6 niveles tróficos . El factor limitante para el número de niveles tróficos es el tamaño del fitoplancton, que generalmente es pequeño en giros con escasez de nutrientes. En zonas con bajo contenido de oxígeno, los oligotrofos constituyen un gran porcentaje del fitoplancton. [ 54 ] En el nivel intermedio, los peces pequeños y los calamares (especialmente los ommastrephidae ) dominan la biomasa nectónica . Son importantes para el transporte de energía desde los niveles tróficos bajos a los altos. En algunos giros, los ommastrephidae son una parte importante de la dieta de muchos animales y pueden sustentar la existencia de grandes especies marinas . [ 36 ]

Conocimiento nativo polinesio de los patrones oceánicos

El conocimiento ecológico tradicional indígena (CET) reconoce que los pueblos indígenas polinesios, como guardianes originales del Pacífico, mantienen relaciones únicas con la tierra y las aguas. Estas relaciones dificultan la definición del CET, ya que el conocimiento tradicional tiene un significado diferente para cada persona, cada comunidad y cada guardián. La Declaración de las Naciones Unidas sobre los Derechos de los Pueblos Indígenas comienza recordando a los lectores que "el respeto por el conocimiento, las culturas y las prácticas tradicionales indígenas contribuye al desarrollo sostenible y equitativo y a la gestión adecuada del medio ambiente". [ 55 ] En los últimos veinte años se han realizado esfuerzos para recopilar y almacenar este conocimiento. Conglomerados como la Red Social de Conocimiento Indígena ( https://siku.org/ ), el proyecto Igliniit, [ 56 ] y el Directorio de Hielo Marino Inupiaq de Gales han avanzado en la inclusión y documentación de las reflexiones de los pueblos indígenas sobre las tendencias climáticas, oceanográficas y sociales globales.

Un ejemplo involucra a los antiguos polinesios y cómo descubrieron y luego viajaron por el Océano Pacífico desde la actual Polinesia hasta Hawái y Nueva Zelanda. Conocida como navegación , los navegantes usaban las estrellas, los vientos y las corrientes oceánicas para saber dónde se encontraban en el océano y hacia dónde se dirigían. [ 57 ] Estos navegantes conocían íntimamente las corrientes del Pacífico que crean el Giro del Pacífico Norte, y esta forma de navegación continúa vigente en la actualidad. [ 58 ]

Otro ejemplo involucra al pueblo maorí, originario de Polinesia y un grupo indígena de Nueva Zelanda. Su modo de vida y cultura tienen fuertes vínculos con el océano. Los maoríes creen que el mar es la fuente de toda vida y una energía llamada Tangaroa . Esta energía puede manifestarse de muchas maneras diferentes, como fuertes corrientes oceánicas, mares en calma o tormentas turbulentas. [ 59 ] Los maoríes poseen una rica tradición oral de navegación en el Océano Austral y el Océano Antártico, así como un profundo conocimiento de los patrones del hielo y el océano. Un proyecto de investigación actual tiene como objetivo consolidar estas tradiciones orales. [ 60 ] Se están realizando esfuerzos para integrar el conocimiento ecológico tradicional (CET) con la ciencia occidental en la investigación marina y oceánica en Nueva Zelanda. [ 61 ] Otros esfuerzos de investigación buscan recopilar historias orales indígenas e incorporar el conocimiento indígena en las prácticas de adaptación al cambio climático en Nueva Zelanda, lo que afectará directamente a los maoríes y otras comunidades indígenas. [ 62 ]

Amenazas

cambio climático

La circulación oceánica redistribuye los recursos de calor y agua, determinando así el clima regional. Por ejemplo, las ramas occidentales de los giros subtropicales fluyen desde latitudes bajas hacia latitudes altas, transportando aire relativamente cálido y húmedo a las zonas adyacentes, lo que contribuye a un clima templado y húmedo (p. ej., este de China, Japón). En contraste, las corrientes de los límites orientales de los giros subtropicales fluyen desde latitudes altas hacia latitudes bajas, lo que corresponde a un clima relativamente frío y seco (p. ej., California).

Actualmente, el núcleo de los giros subtropicales se encuentra alrededor de los 30° en ambos hemisferios. Sin embargo, sus posiciones no siempre fueron allí. Los datos de observación satelital de la altura y la temperatura de la superficie del mar sugieren que los principales giros oceánicos del mundo se han estado desplazando lentamente hacia latitudes más altas en las últimas décadas. Esta característica muestra concordancia con la predicción de los modelos climáticos bajo el calentamiento global antropogénico. [ 63 ] La reconstrucción paleoclimática también sugiere que durante los intervalos climáticos fríos del pasado, es decir, las edades de hielo, algunas de las corrientes de límite occidental (ramas occidentales de los giros oceánicos subtropicales) estaban más cerca del ecuador que en sus posiciones actuales. [ 64 ] [ 65 ] Esta evidencia implica que es muy probable que el calentamiento global empuje los giros oceánicos a gran escala hacia latitudes más altas. [ 66 ] [ 67 ]

A medida que el océano absorbe más dióxido de carbono , se vuelve más ácido. [ 68 ] Este cambio de pH representa una amenaza para los organismos marinos, especialmente aquellos que construyen conchas y esqueletos de carbonato de calcio. Esto incluye foraminíferos planctónicos , pterópodos y cocolitóforos . [ 69 ] La acidificación altera el ciclo de nutrientes al afectar múltiples procesos microbianos. La fijación de nitrógeno es un proceso crucial en los giros subtropicales pobres en nutrientes y puede ser menos eficiente en aguas con pH más bajo. [ 69 ] Esto limitaría aún más la producción primaria y empeoraría las condiciones oligotróficas en estas regiones de giros.

Los giros subtropicales, o "desiertos oceánicos", albergan productores primarios esenciales que constituyen la base de la red trófica. La acidificación perjudica tanto el crecimiento como la reproducción de los organismos planctónicos, lo que reduce la productividad primaria. [ 68 ] Al estar en la base de la cadena alimentaria , este deterioro afecta a muchas especies marinas de mayor tamaño que dependen de los productores primarios para alimentarse. [ 69 ]

La sobrepesca y la alteración de los ecosistemas

La sobrepesca es una importante presión antropogénica sobre los ecosistemas marinos asociados a los giros oceánicos. Muchas grandes flotas pesqueras se dirigen a las zonas circundantes a los giros debido a las zonas de afloramiento y convergencia de nutrientes que conducen a una mayor productividad biológica. La intensa presión pesquera ha provocado la disminución de las poblaciones y el colapso de ciertas especies. Esto impacta no solo a las poblaciones de peces objetivo , sino a toda la red trófica marina . [ 70 ] Al eliminar a los depredadores superiores y a las especies forrajeras clave , la sobrepesca altera la dinámica trófica . [ 70 ] Las especies que normalmente se mantienen bajo control por los depredadores pueden proliferar de forma anormalmente rápida , lo que conduce a cascadas tróficas . En las regiones subtropicales, la productividad biológica ya está limitada debido a la menor disponibilidad de nutrientes, por lo que la sobrepesca tiene efectos más drásticos. Los ecosistemas pueden llegar a estar dominados fácilmente por medusas o especies menos valiosas. [ 71 ]

minería en aguas profundas

La creciente amenaza de la minería en aguas profundas apunta a nódulos polimetálicos , costras ricas en cobalto y depósitos masivos de sulfuro en llanuras abisales situadas dentro de giros oceánicos. [ 72 ] Las actividades mineras perturban el lecho marino, creando columnas de sedimentos que pueden extenderse a lo largo de cientos de kilómetros. [ 73 ] Estas columnas pueden asfixiar organismos y alterar procesos ecológicos que han evolucionado durante milenios en condiciones estables en los océanos profundos. El ruido, la luz y la contaminación química generados por la minería podrían tener efectos en cascada en las columnas de agua , afectando a los ecosistemas superficiales y de aguas intermedias en los giros. [ 72 ] Los ecosistemas de aguas profundas se recuperan a ritmos extremadamente lentos, si es que se recuperan, lo que significa que se prevé que los impactos a largo plazo de la minería sean significativos y en gran medida irreversibles. [ 73 ]

Contaminación

Basura arrastrada a la costa de Hawái procedente de la Gran Mancha de Basura del Pacífico.

Una mancha de basura es un remolino de partículas de desechos marinos causado por los efectos de las corrientes oceánicas y la creciente contaminación plástica generada por la actividad humana. Estas acumulaciones de plástico y otros desechos, causadas por el ser humano, son responsables de problemas ecosistémicos y ambientales que afectan la vida marina, contaminan los océanos con sustancias químicas tóxicas y contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero . Una vez en el agua, los desechos marinos se vuelven móviles. Los restos flotantes pueden ser arrastrados por el viento o seguir el flujo de las corrientes oceánicas, terminando a menudo en medio de los giros oceánicos, donde las corrientes son más débiles.

Dentro de las manchas de basura, los desechos no están compactos y, aunque la mayor parte se encuentra cerca de la superficie del océano, pueden hallarse hasta a más de 30 metros (100  pies) de profundidad. [ 74 ] Estas manchas contienen plásticos y desechos de diversos tamaños, desde microplásticos y pequeñas partículas de plástico , hasta objetos grandes como redes de pesca y bienes de consumo y electrodomésticos perdidos por inundaciones y naufragios.

Las islas de basura crecen debido a la pérdida generalizada de plástico de los sistemas de recolección de basura humana. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente estimó que "por cada milla cuadrada de océano" hay aproximadamente "46.000 piezas de plástico". [ 75 ] Los 10 mayores emisores de contaminación plástica oceánica en el mundo son, de mayor a menor, China, Indonesia, Filipinas, Vietnam, Sri Lanka, Tailandia, Egipto, Malasia, Nigeria y Bangladesh, [ 76 ] principalmente a través de los ríos Yangtze , Indo , Amarillo , Hai , Nilo , Ganges , Perla , Amur , Níger y Mekong , y que representan "el 90 por ciento de todo el plástico que llega a los océanos del mundo". [ 77 ] [ 78 ] Asia fue la principal fuente de residuos plásticos mal gestionados , y solo China representó 2,4 millones de toneladas métricas. [ 79 ]

La más conocida de estas es la Gran Mancha de Basura del Pacífico, que tiene la mayor densidad de desechos marinos y plástico. La Mancha de Basura del Pacífico tiene dos acumulaciones masivas: la mancha de basura occidental y la mancha de basura oriental, la primera frente a la costa de Japón y la segunda entre California y Hawái . Estas manchas de basura contienen 90  millones de toneladas (100  millones de toneladas cortas) de desechos. [ 74 ] Otras manchas identificadas incluyen la mancha de basura del Atlántico Norte entre América del Norte y África, la mancha de basura del Atlántico Sur ubicada entre el este de América del Sur y el extremo de África, la mancha de basura del Pacífico Sur ubicada al oeste de América del Sur y la mancha de basura del Océano Índico ubicada al este de Sudáfrica, enumeradas en orden decreciente de tamaño. [ 80 ]

Véase también

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  • Geografía física: corrientes oceánicas superficiales y subsuperficiales
  • Oscilación del Giro del Pacífico Norte — Instituto Tecnológico de Georgia
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