Title: Mareas y Corrientes: I: Causas de variaci
1Mareas y CorrientesI Causas de variación del
nivel del mar
- Begoña Pérez
- Puertos del Estado
- I Máster Universitario en Ingeniería de Puertos y
Costas - Universidad de La Laguna, 14/11/2013
2- Qué entendemos por nivel del mar?
- Las Mareas
- La teoría de Equilibrio de Newton.
- Mareas Reales
- Cambios meteorológicos (storm surges,
inundaciones) - Oscilaciones de alta frecuencia secas y
tsunamis - Cambios espaciales y temporales del nivel medio
del mar - Variación espacial
- Ciclo estacional y variación interanual
- Cambios seculares y eustáticos
3Qué es el nivel del mar?
Qué entendemos por nivel del mar? todas las
variaciones de la superficie libre de periodo
superior al oleaje. Ondas largas o de aguas
someras
Rango de periodos desde minutos a miles de años
Propagación no dispersiva
4Causas de su variación
- Por qué cambia el nivel del mar?
El nivel del mar varía en el espacio y en el
tiempo, de manera absoluta y relativa como
resultado de
- Las mareas
- La meteorología
- Terremotos (tsunamis)
- Cambios climáticos
- Tectónica de placas
- Circulación oceánica
- Construcción de embalses, extracción de aguas
subterráneas - Subsidencias y levantamientos del terreno
5Causas de su variación
Nivel medio del mar principales agentes de
variación absoluta
- atracción gravitatoria del Sol y la Luna
- meteorología
- clima
- variaciones de densidad
- variaciones de masa
6Componentes del dato de nivel del mar
- Registro o dato de nivel del mar
X(t) Z0(t) M(t) R(t)
- X(t) nivel del mar en el instante t
- Z0(t) nivel medio (variación lenta, clima)
- M(t) variación periódica (marea astronómica)
- R(t) variación no periódica (meteorología,
efecto estérico, etc) residuo meteorológico - Otros secas y tsunamis oscilaciones
ocasionales que se superponen a las variaciones
fundamentales
7Las Mareas
- Variaciones periódicas del nivel debidas a los
efectos combinados de la atracción gravitatoria
de la Luna y el Sol, la rotación terrestre y la
fuerza de Coriolis - Predecibles a partir de registros de nivel del
mar en un punto - Amplitud variable desde casi nula
(Mediterráneo) a 12 metros (Bahía de Fundy)
8Las Mareas
- La Teoría de Equilibrio de Newton
- Teoría simplificada que ayuda a comprender el
origen de las mareas - Hipótesis
- Tierra completamente cubierta de agua (ausencia
de continentes) - profundidad del agua tal que no existe fricción
de fondo (respuesta instantánea a las fuerzas de
marea) - Marea de Equilibrio o Elipsoide de Marea forma
que adopta la superficie del mar una vez
alcanzado el estado de equilibrio entre la
gravedad terrestre y las fuerzas generadoras de
marea - Dos elipsoides uno generado por el Sol y otro
por la Luna
9Las Mareas
- La Teoría de Equilibrio de Newton
Elipsoide de Marea y tipos fundamentales de
mareas
Fc
Fg
- Ft Fg - Fc
- A Fg gt Fc
- B Fc gt Fg
- C Fc Fg
A
B
C
- Rotación terrestre ? Marea semidiurna (12.5 h)
- Inclinación órbita Luna ? Marea mixta y diurna
(24 h)
10Las Mareas
- La Teoría de Equilibrio de Newton
- Efecto combinado de la Luna y el Sol Ciclo de
mareas vivas y muertas (14.8 días)
Marea viva ? luna llena o luna nueva Marea
muerta ? cuarto creciente o menguante
La fuerza generadora de marea del Sol es un 46
de la de la Luna
11Las Mareas
- La Teoría de Equilibrio de Newton
- Tipos fundamentales de mareas-? relación con
movimientos y tamaños relativos del sistema
Tierra-Luna-Sol - Mareas semidiurnas (rotación terrestre) dos
pleamares y dos bajamares diarias (periodo 12.5
h) - Mareas diurnas (declinación lunar) una pleamar
y una bajamar diaria (24h) - Mareas mixtas dos pleamares y dos bajamares de
distinta amplitud (desigualdad diurna) - Mareas de largo periodo
- Mensual (perigeo Luna) 27.55 días
- Anual (perihelio Tierra) 364.96 días
- Marea nodal (recesión nodo ascendente de la Luna
a lo largo de la Eclíptica) 18.6 años
12Las Mareas
- La Teoría de Equilibrio de Newton
- Cuándo son más intensas las fuerzas generadoras
de marea? - Luna y Sol alineados (luna llena y luna nueva)
- Luna y Sol en su posición más cercana a la
Tierra (perigeo y perihelio) - Declinación solar nula (equinoccios) mareas
vivas equinocciales - Marea semidiurna más intensa cuando coincide el
equinoccio con el perigeo lunar y con declinación
lunar nula - 18 de Marzo de 2007
- 18 de Marzo de 2011
- 19 de Marzo de 2015
- 27 de Septiembre de 2015
- 8 de Abril de 2020
13Las Mareas
Las mareas reales
- Causas de la diferencia entre las mareas reales y
las predichas por la Teoría de Equilibrio (en
amplitud y fase) - Profundidad finita fricción de fondo impide
respuesta instantánea a las fuerzas de marea - Efecto de Coriolis rotación de la onda en el
sentido de las agujas del reloj en el hemisferio
Norte - Masas continentales impiden libre propagación de
las ondas y provocan reflexiones, difracciones y
refracción - Aguas someras en las costas amplificación de
las ondas y aparición de nuevos armónicos
No obstante, las frecuencias más importantes
coinciden con la teoría
14Las Mareas
Las mareas reales
- Sistema anfidrómico
- las ondas de marea afectadas por la rotación
terrestre se comportan como ondas de Kelvin - en cuencas confinadas, cuyo periodo natural de
oscilación se aproxima al de la marea, la
formación de ondas estacionarias afectadas por el
efecto de Coriolis da lugar a la aparición de un
sistema amfidrómico las ondas giran en torno a
un punto de amplitud nula, llamado punto
anfidrómico.
15Las Mareas
Las mareas reales
16Las Mareas
Las mareas en la costa española
- Santander semidiurna
- Carrera máxima 500 cm
- Las Palmas semidiurna
- Carrera máxima 297 cm
- Málaga semidiurna
- Carrera máxima 92 cm
- Barcelona mixta
- Rango máximo 40 cm
17Influencia de la meteorología
- Presión atmosférica, viento y oleaje producen
variaciones de nivel durante una tormenta storm
surge - Duración horas a días
- Magnitud decenas de cm a varios metros
- Huracán Carol 31 de Agosto de 1954, Rhode
Island (EEUU). Presión 960 mb Nivel entre 2.5
y 3.5 m por encima de la marea astronómica
18Influencia de la meteorología
- Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar - Presión atmosférica fuerza vertical
- (disminución de 1 mb aumento de
- nivel de 1 cm, hipótesis de barómetro
- Invertido)
- Viento provoca desplazamiento
- y apilamiento del agua en la costa
- Oleaje el oleaje produce una
- subida del nivel medio al llegar a
- la costa set-up de oleaje
19Influencia de la meteorología
- Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar - Se puede predecir a corto plazo mediante modelos
de circulación forzados con presión y viento de
un modelo meteorológico
20Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
- La magnitud de estas variaciones es mayor en
latitudes altas, tormentosas y de aguas someras - Su impacto puede ser catastrófico en tierras
bajas y deltas (Bangladesh, Holanda) - Storm surge históricos
Fecha Región Máximo residuo Pérdidas humanas
1864, 1876 Bangladesh ? 250000
Sept. 1900 Galveston, Texas 4.5 m 6000
Ener. 1953 Mar del Norte 3.0 m 2000
Novi. 1970 Bangladesh 9.0 m 500000
21Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
- Más recientemente
- Huracán Katrina (Nueva Orleans, Agosto de 2005)
máximo residuo 3.5 metros en el área del Delta
del Misissipi - Mar del Norte, 9 de Noviembre de 2007 el mayor
desde el storm surge histórico de 1953. Máximo
residuo 2.40 m en Sheerness. No coincidió con la
pleamar, menos daños - Ciclón Nargis (Myanmar, 2-4 de Mayo de 2008)
22000 muertos y mismo número de desaparecidos. - Sandy (costa Este de Estados Unidos, 2012)
- Haiyan, Filipinas.Noviembre 2013.
- Fenómeno frecuente, sin sistemas de alerta ni
detección, la población está completamente
desprotegida
22Influencia de la meteorología
23Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
Aunque de menor importancia en la costa española
y menos impacto en vidas humanas, ocasionalmente
se producen importantes daños en las
infraestructuras relacionados con subidas de
nivel del mar durante una tormenta
Fecha Zona Máximo residuo Daños
Enero 1996 Galicia 60 cm Rotura paseo marítimo Coruña
Novi. 2001 Mediterráneo 70 cm Inundaciones y daños en puertos
Novi. 2002 Galicia 70 cm Acci. Prestige
24Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
10-16 de Noviembre de 2001 fuerte oleaje
acompañado de una excepcional subida del nivel
del mar y persistencia temporal
Unas treinta de carreteras quedaron cortadas y
las olas se tragaron la arena de muchas playas.
Algunas calles fueron invadidas por el mar (El
País Digital, 12/11/2001)
En la Comunidad Valenciana, olas de siete
metros de altura destruyeron ayer tarde parte de
la escollera del muelle de la Cerámica, situada
en la zona norte del puerto de Castellón. La zona
afectada de la escollera tiene una longitud de un
kilómetro y está totalmente inundada y llena de
cascotes.. (El País Digital, 16/11/2001)
25Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del
mar
Noviembre 2001 máximos niveles del mar
registrados por REDMAR
Valencia
Barcelona
26Secas y Tsunamis
Secas
- Oscilaciones de nivel con periodos de varios
minutos, que se superponen a la marea en puertos,
bahías o golfos. Producidas por una perturbación
en la presión atmosférica y el viento, que da
lugar a un fenómeno de resonancia local - Periodo de oscilación depende de las dimensiones
de la masa de agua afectada, y coincide con su
periodo natural de oscilación - En puertos y bahías, el nodo está situado cerca
de la bocana o entrada, y el antinodo en el
extremo cerrado
27Secas y Tsunamis
Secas Fenómeno frecuente en el Mediterráneo,
donde la amplitud puede ser del orden o superior
a la propia marea y a los efectos
meteorológicos.
28Secas y Tsunamis
Tsunamis
- Origen movimiento vertical del fondo marino por
una de las tres causas siguientes - terremoto
- corrimiento de tierras
- erupción volcánica
La perturbación en el gradiente horizontal de
presión se propaga como una onda apenas
apreciable en aguas profundas, que se amplifica
al llegar a aguas someras Longitudes de onda de
100 a 200 km, periodos de minutos a horas Pueden
dar lugar a resonancias o secas en bahías o
puertos
29Secas y Tsunamis
Tsunamis
- Diferencia entre tsunami y oleaje producido por
viento - Oleaje energía en la capa superficial del mar
- Tsunami energía en toda la columna de agua
cambio de nivel del mar
30Secas y Tsunamis
Tsunamis
31Secas y Tsunamis
Características L100 km, Tmin-horas , C 800
km/h
32Secas y Tsunamis
- El tsunami de Lisboa (1755)
- Magn. Terr. gt8.6 ???
- Epicentro 200 km. al sur del Cabo San Vicente
- 10.000 muertos en Cádiz y Huelva y Marruecos
- Olas hasta Sevilla río arriba y de hasta 3 m en
el Sur de Inglaterra
33Secas y Tsunamis
- El tsunami de Argelia (2003)
- Un ejemplo cercano el tsunami producido por el
terremoto de Argel el 21 de Mayo de 2003 produjo
graves daños en puertos de Baleares - Oscilaciones de nivel del mar de más de 1 metro
en Mahón y San Antonio destrozaron decenas de
caras embarcaciones deportivas
34Secas y Tsunamis
El tsunami de Argelia (2003)
- Ejemplo del tsunami detectado por los
mareógrafos de Puertos del Estado en el
Mediterráneo tras el terremoto de Argelia del
21/05/2003
35Nivel medio del mar
- El nivel medio del mar una referencia?
Pero quién diría que la superficie del mar está
inclinada? (Estrabón, Geografía)
- El nivel medio del mar, por su apariencia plana
en relación a la tierra, se ha considerado
históricamente una referencia de medida de
altitudes
- Sin embargo, la superficie media del mar SÍ
presenta variaciones de altura de un lugar a otro
y a lo largo del tiempo
36Nivel medio del mar
- Algunas definiciones importantes
- Definición de nivel medio del mar altura de
agua promediada en un periodo de tiempo
suficientemente largo para filtrar las
oscilaciones producidas por el oleaje, las
secas y las mareas (diario, mensual, anual..) - Varía espacial y temporalmente, pero con un
orden de magnitud normalmente mucho menor que las
variaciones de mayor frecuencia (10 a 20 cm por
siglo) - Nivel medio del mar en la costa (medidas de
mareógrafos) nivel medio relativo a una señal de
referencia en tierra, corresponde a la diferencia
entre los movimientos verticales del terreno y el
del nivel medio del mar (variación absoluta)
37Nivel medio del mar
- Elipsoide de revolución forma que, distorsionada
por la rotación terrestre, adoptaría la
superficie equipotencial de la Tierra si la
densidad de la misma fuese uniforme
- Geoide superficie equipotencial real que puede
diferir en varias decenas de metros del
elipsoide, debido a la densidad no homogénea de
la Tierra
- El geoide constituye la referencia para el
cálculo de gradientes horizontales de presión ?
Corrientes
38Nivel medio del mar
- La superficie del mar no coincide con el geoide
debido a - la variación espacial de la densidad del agua
(temperatura, salinidad y presión) - variación espacial de la presión atmosférica y
los vientos medios - Los cambios espaciales de nivel generan
gradientes horizontales de presión que dan lugar
a corrientes (equilibrio geostrófico), en
dirección perpendicular al gradiente
39Nivel medio del mar
- Diferencias del geoide respecto al elipsoide
-105 m ( Sur de India) a 75 m (Norte de Australia)
- El nivel medio del mar varía con respecto al
geoide hasta 1 metro debido a diferencias de
temperatura, salinidad, presiones y vientos
medios y corrientes oceánicas - Ej nivel medio en la costa Pacífica de Panamá
0.20 m superior al de la Atlántica
40Nivel medio del mar
La variación espacial del nivel medio del mar
refleja los patrones de circulación oceánica
permanentes, como la Corriente del Golfo, o
perturbaciones ocasionales en la misma como el
fenómeno de El Niño (subida de nivel del mar en
el Este del Pacífico)
- Máximos niveles en zonas tropicales de Indico y
Pacífico, y mínimos en torno a la Antártida
41Nivel medio del mar
- Ciclo estacional y variación interanual
- El ciclo estacional está producido por la
variación de la radiación solar a lo largo del
año y el diferente grado de calentamiento del
agua - Influyen también las variaciones estacionales en
presión y viento, y en las corrientes
42Nivel medio del mar
- Ciclo estacional y variación interanual
- La variabilidad interanual y decadal en el
sistema océano-atmósfera produce importantes
cambios de nivel del mar a gran escala
- Ej El Niño, causa
- diferencias de nivel del
- Mar de entre 20 y 30 cm
- a ambos lados del
- Pacífico
43Nivel medio del mar
- Cambios seculares y eustáticos
- Cambios seculares cambios en el nivel medio del
mar a largo plazo - Cambios eustáticos cambios en el nivel medio del
mar global - Movimientos epirogénicos movimientos verticales
del terreno de carácter regional - Problema identificar y separar los cambios
eustáticos y epirogénicos, cuando sólo se conocen
los cambios seculares en estaciones particulares - Los cambios globales o eustáticos se producen
cuando se altera el volumen total de agua en los
océanos por - deshielo de los casquetes polares y los
glaciares - aumento de la temperatura del agua (expansión
térmica) - cambios en las reservas de agua dulce
44Nivel medio del mar
- Cambios seculares y eustáticos
- El nivel medio del mar experimenta cambios
aparentemente lentos a lo largo de los siglos
(milímetros/año) - Este ritmo se altera ante un cambio climático
modificando la línea de costa el nivel medio
global subió 125 m una vez finalizado el deshielo
tras el pico de la última glaciación, hace 21000
años - Los efectos de un cambio climático permanecen
durante siglos e incluso milenios, aunque a un
ritmo más lento
45Nivel medio del mar
- Los movimientos de la tierra
- Movimientos locales o regionales de la tierra
pueden incrementar estos cambios en un factor de
2 ó 3 e incluso producir una aparente disminución
del nivel del mar (ej mar Báltico rebote tras
el deshielo)
- Rampa romana en Corintio (Grecia), inicialmente
cubierta por el nivel tras un período de
subsidencia y elevada posteriormente por
actividad tectónica
46Nivel medio del mar
- El efecto invernadero últimos datos (IPCC 2007)
- La temperatura global superficial ha aumentado
entre 0.56 y 0.92º C en los últimos 100 años - Este ritmo de calentamiento es probablemente el
más importante del último milenio (11 de los
últimos 12 años están entre los 12 años más
cálidos del registro histórico)
47Nivel medio del mar
- El efecto invernadero (IPCC, 2013)(Summary for
Policy Makers)
- El calentamiento del planeta es inequívoco y,
desde 1950, muchos de los cambios observados no
tienen precedentes a escalas de décadas a
milenios. - Cada una de las tres últimas décadas han sido
sucesivamente más cálidas que cualquier otra
década desde 1850. 1983-2012 es probablemente el
periodo de 30 años más cálido de los últimos 1400
años (confianza media). - Durante las últimas dos décadas las masas de
hielo de Groenlandia y la Antártida han estado
perdiendo masa, los glaciares han continuado
retrocediendo en todo el planeta y la masa de
hielo del Artico y la cubierta de nieve en
primavera en el hemisferio Norte han seguido
disminuyendo (confianza alta). - El ritmo de subida del nivel del mar desde
mediados del siglo XIX ha sido superior al ritmo
de subida de los dos milenios precedentes
(confianza alta) subida global 0.19 (0.17 a
0.21) metros desde 1901 a 2010.
48Nivel medio del mar
- El efecto invernadero (IPCC, 2013)(Summary for
Policy Makers)
- La influencia humana en el clima ha sido
detectada en el calentamiento de la atmósfera y
el océano, los cambios en el ciclo global del
agua, las reducciones de nieve y hielo, en la
subida del nivel medio del mar global y en los
cambios en algunos extremos climáticos. Esta
evidencia de la influencia humana es mayor ahora
que en el último informe del IPCC (2007, AR4). Es
extremadamente probable que el efecto
antropogénico sea la causa dominante del
calentamiento desde mediados del siglo XX. - El nivel medio del mar global continuará subiendo
a lo largo del siglo XXI y, bajo todos los
escenarios, el ritmo de subida será muy
probablemente superior al observado entre 1971 y
2010.
49Nivel medio del mar
- El efecto invernadero últimos datos
- Datos mareógrafos y altimetría
- Subida del nivel medio en el siglo XX entre 12
y 22cm (2007), entre 17 y 21 cm (2013) - Ritmo 1.8 mm/año
Confirmada aceleración (1952-2011) 0.22 -0.015
mm/año2 (Calafat Chambers, 2013)
50Nivel medio del mar
- El efecto invernadero últimos 20 años
- Ritmo más acelerado de subida 1993-2013
- 3.3 mm/año
- Hay una aceleración desde 1990, que no forma
parte del ciclo natural (IPCC 2013)
51Nivel medio del mar
- El efecto invernadero últimos datos (IPCC 2007)
- La desaparición reciente de zonas de las masas de
hielo de Groenlandia y la Antártida causa más
probable del aumento del nivel del mar 1993-2003 - La contribución del deshielo de los glaciares a
la subida del nivel medio ha aumentado
considerablemente desde 1960
Rotura Plat. Larsen, de 3000 km2 (2002)
52Nivel medio del mar
- El efecto invernadero Proyecciones siglo XXI
53Nivel medio del mar
- Consecuencias de la subida del nivel del mar
- Aumento de la erosión en playas (entre 50 y 200
veces el ritmo de subida del nivel medio) y
acantilados - Aumento del daño durante inundaciones y
tormentas, así como la frecuencia de éstas - Inundación de áreas bajas
- Intrusión salina en acuíferos
- Subida del nivel de la capa freática
54Nivel medio del mar
- Variaciones regionales de las tendencias
55Nivel medio del mar
- Las zonas más afectadas serán las pequeñas islas
y las zonas bajas (deltas) (en muchas ocasiones
zonas densamente pobladas y con pocos recursos
económicos y de adaptación) - Bangladesh podría perder el 17 de su costa ante
una subida del nivel medio de un metro
56Nivel medio del mar
- Ciclo natural o efecto antropogénico
Los modelos confirman la influencia del hombre
con más certeza en los últimos informes del IPCC
57Nivel medio del mar
- Observaciones frente a previsiones
Los datos observados de mareógrafos y altímetro
siguen el umbral superior de los rangos de subida
de nivel previstos por el IPCC
58Nivel medio del mar
- El futuro. (Meehl et al, Science, 2005)
- En el futuro la contribución a la subida del
nivel del mar del deshielo de los casquetes
polares y los glaciares podría doblar la debida a
la expansión térmica - Si la concentración de gases efecto invernadero
se estabiliza en el valor actual la temperatura
irá estabilizándose durante unos 100 años, pero
el nivel del mar, por efecto térmico, continuará
subiendo imbatible a un ritmo muy superior al de
la temperatura (tres veces más rápido) - Esto confirma que el efecto del cambio climático
sobre el nivel del mar es mucho mayor y de más
largo plazo que el efecto sobre la temperatura