En oceanografía , un frente es el límite entre dos masas de agua distintas . La formación de frentes depende de múltiples procesos físicos, y pequeñas diferencias en estos dan l...
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En oceanografía , un frente es el límite entre dos masas de agua distintas . La formación de frentes depende de múltiples procesos físicos, y pequeñas diferencias en estos dan lugar a una amplia variedad de tipos de frentes . Pueden tener tan solo unos cientos de metros de ancho y hasta varias decenas de kilómetros de ancho. [ 1 ] Si bien la mayoría de los frentes se forman y se disipan con relativa rapidez, algunos pueden persistir durante largos períodos de tiempo.
Definición de frentes
Tradicionalmente, los frentes oceánicos se han definido como el límite entre dos masas de agua distintas. [ 2 ] Sin embargo, el uso actual de datos satelitales permite una definición dinámica y de mayor resolución basada en la presencia de fuertes corrientes.
Definición tradicional
La definición histórica de frentes utilizando masas de agua , cuerpos de agua que difieren en propiedades físicas como la temperatura y la salinidad, se basaba en datos de baja resolución obtenidos de cruceros de investigación. Como la combinación de estos datos requería mucho tiempo, las posiciones de los frentes obtenidas proporcionaban una visión promedio en el tiempo que mostraba solo la estructura a gran escala. Por ejemplo, en el Océano Austral , esto llevó a la definición de cinco frentes que se consideraban continuos y circumpolares, que alcanzaban grandes profundidades y estaban fuertemente influenciados por la batimetría . [ 3 ] Las masas de agua a ambos lados de dichos frentes difieren en temperaturas , salinidades o densidades , además de diferencias en otros marcadores oceanográficos. [ 2 ]
Definición dinámica
Desde la llegada de los datos satelitales de alta resolución, se ha formado una visión diferente de los frentes oceánicos. Al medir continuamente la altura de la superficie del mar (SSH) alrededor del mundo, se puede determinar la posición de las corrientes fuertes o chorros asociados con los frentes oceánicos con una resolución espacial y temporal muy alta . [ 4 ] [ 5 ] De esta manera, se pueden analizar la variabilidad y las tendencias a corto plazo y relacionarlas con otras variaciones climatológicas, como El Niño - Oscilación del Sur . Utilizando este método, los frentes en el Océano Austral ya no son circumpolares y la cantidad de frentes depende de la ubicación y el tiempo. [ 4 ] [ 3 ]
Definiciones espaciales
Además de las definiciones físicas descritas anteriormente, también es posible separar frentes mediante una definición espacial. Localmente, los frentes suelen determinarse mediante umbrales de gradiente: la posición del frente se determina en función de dónde el gradiente espacial de una magnitud, como la altura de la superficie del mar o la temperatura, supera un cierto umbral. [ 3 ] Esto se asemeja a la definición dinámica de frentes a partir de corrientes fuertes descrita anteriormente. Al definir frentes a escala global, a menudo se utilizan valores específicos de altura de la superficie del mar o temperatura, similares a la definición tradicional de masa de agua. [ 3 ]
Las diferencias en la ubicación y los procesos de formación dan lugar a una amplia variedad de tipos de frentes. A continuación, se describen varios tipos principales según su ubicación, aunque estas definiciones pueden superponerse parcialmente.
frentes estuarinos
Frente superficial del estuario del Río de la Plata. La ubicación exacta del cambio de color, que indica la transición de agua dulce a salada, depende de los vientos y las corrientes. Fotografía tomada por la NASA.
Algunos de los frentes más fuertes que se pueden encontrar ocurren en los estuarios . [ 7 ] En estas regiones, el flujo de agua dulce del río se encuentra con el agua de mar mucho más salina, formando fuertes gradientes de salinidad y dando lugar a la formación de un frente de salinidad. [ 8 ] [ 9 ] Una gran diferencia con respecto a la mayoría de los demás frentes oceánicos es que los frentes estuarinos suelen ocurrir en una escala espacial menor, lo que permite solo un efecto limitado de la fuerza de Coriolis y el movimiento geostrófico . [ 8 ] Como estos frentes no están en equilibrio inercial , necesitan una fuente constante de energía para sobrevivir, lo que explica su vida útil relativamente corta. [ 8 ] Por otro lado, esto también hace que estos frentes puedan formarse relativamente rápido en comparación con frentes más grandes. [ 8 ]
Los frentes estuarinos se pueden dividir en dos categorías principales según el rango de profundidad en el que se producen: frentes superficiales y frentes de fondo.
frentes de superficie
Los frentes en la superficie a menudo se pueden ver visualmente, por ejemplo como una línea de espuma que se forma debido a la convergencia de las masas de agua , o cambios de color debido a diferencias en el transporte de sedimentos . [ 9 ] [ 8 ] [ 7 ] Esto último hace que los frentes estuarinos a menudo también se puedan considerar como frentes de turbidez , ya que los ríos pueden transportar una gran cantidad de sedimento en suspensión . [ 9 ] Se pueden formar diferentes frentes superficiales estuarinos dependiendo de la influencia de las corrientes de marea .
Frentes de pluma : En un estuario con influencia mareal limitada , la energía disponible para mezclar las aguas puede ser limitada. [ 10 ] Esto permite que el agua dulce de salida, más flotante , forme una capa en la superficie, extendiéndose hacia el mar, especialmente durante la bajamar. [ 11 ] [ 10 ] [ 12 ] En el límite entre esta pluma de agua dulce y el agua de mar circundante, se formarán fuertes gradientes de salinidad y densidad. [ 13 ] Un ejemplo de tal frente se encuentra en el estuario de la bahía de Chesapeake , pero estos frentes también son comunes frente a las desembocaduras de ríos como el Misisipi , el Amazonas o el río Connecticut . [ 14 ]Ilustración esquemática del frente de intrusión de marea con el patrón de flujo en la superficie.
Frentes de intrusión mareal : Generalmente, las grandes amplitudes de marea en los estuarios provocan la mezcla de las aguas y, por lo tanto, inhiben la formación de frentes. [ 12 ] Sin embargo, en algunos estuarios especialmente pequeños, puede formarse un frente durante la fase de pleamar. [ 15 ] [ 12 ] En este caso, a medida que las aguas dulces que salen del río convergen con el agua salina que entra durante la pleamar, la capa de agua dulce en la superficie es empujada hacia atrás mientras que el agua salina se hunde hasta el fondo. [ 12 ] Esto genera fuertes gradientes de salinidad y forma un frente con una característica forma de V. [ 15 ] [ 12 ] En el lado de agua dulce del frente, pueden formarse remolinos que recirculan agua y material en la superficie. [ 12 ] Dichos frentes se pueden encontrar, entre otros, en el estuario galés de Seiont , el lago escocés Loch Creran y el estuario sudafricano de Palmiet . [ 15 ]
Formación de un frente de convergencia axial, longitudinal o de cizallamiento. Durante la fase de inundación, la entrada de agua oceánica se produce a mayor velocidad en el centro del estuario. Esto genera gradientes de velocidad y cizallamiento que dirigen el agua hacia el centro en la superficie, dando lugar a una circulación convergente.Convergencia axial, frentes longitudinales o de cizallamiento : En los estuarios donde el flujo de marea es aún más fuerte, las aguas dulces del río y las aguas saladas del océano se mezclarán bien. [ 10 ] Como el centro de un estuario es generalmente más profundo que los lados, surgen diferencias en el cizallamiento horizontal. [ 16 ] [ 10 ] Esto conduce a velocidades más altas en el centro del estuario que en los lados. [ 16 ] Además, el cizallamiento también será mayor en el fondo del río, creando un gradiente de velocidad vertical. [ 11 ] [ 10 ] En conjunto, estos gradientes conducirán a una circulación convergente que puede extenderse muy lejos dentro del estuario. [ 13 ] [ 11 ] [ 10 ] Esta distancia está influenciada por las diferencias de densidad en la dirección longitudinal (a lo largo del eje del río). [ 11 ] [ 10 ] Dicho frente se puede observar, por ejemplo, en el estuario de Conwy o en el estuario del río York . [ 16 ]
Frentes basales o inferiores
Otro grupo de frentes estuarinos es especialmente fuerte en el fondo del estuario. [ 7 ]
Frentes de cuña salina : Un frente de cuña salina suele estar relacionado con un frente de pluma. Los débiles movimientos de marea permiten que la mezcla entre el agua salada y el agua dulce sea limitada, lo que, sumado a la salida de agua dulce, permite una entrada de agua salada a lo largo del fondo del estuario. [ 17 ] [ 10 ] En la cabecera de esta intrusión, se produce un fuerte gradiente de salinidad, que marca la posición del frente de cuña salina. [ 10 ] Ejemplos de tales frentes son los de los estuarios del Fraser , Merrimack y Río de la Plata .
Frentes marítimos de plataforma poco profunda
En los mares poco profundos de la plataforma continental , se pueden formar dos tipos principales de frentes dependiendo de los procesos que intervienen.
Frente de mezcla de mareas
En verano, lejos de las fuentes de agua dulce, los mares de plataforma templados se dividen en regiones estratificadas térmicamente, influenciadas por las diferencias de flotabilidad de las capas, y regiones bien mezcladas verticalmente, que están fuertemente influenciadas por la mezcla mareal. [ 18 ] Las regiones entre estas dos se denominan frentes de mezcla mareal. [ 19 ] Esta mezcla generalmente se extiende solo hasta una profundidad de alrededor de 50 metros, o hasta 100 metros en algunos casos, [ 9 ] con gradientes de temperatura horizontales de típicamente 1 °C km −1 . [ 19 ] Los grandes gradientes de temperatura que exhiben los frentes son claramente visibles en las imágenes satelitales infrarrojas (IR) de la superficie del mar, lo que proporciona una forma útil de rastrear la posición de los frentes y seguir su evolución. [ 20 ]
Mecanismo de surgencia cerca de la costa que crea un frente costero de surgencia.
Frentes de surgencia costera
Cerca de las zonas costeras , los vientos que soplan paralelos a la costa pueden generar corrientes impulsadas por el viento que crean un transporte de Ekman alejándose de la costa. [ 21 ] Esto mueve la masa de agua superficial lejos de la costa y conduce al afloramiento de agua más fría de las profundidades, [ 9 ] también denominado afloramiento costero . El contraste entre el agua fría de las profundidades y el agua superficial más cálida conduce a la formación de frentes de afloramiento costero. [ 21 ] Ejemplos de tales frentes ocurren frente a las costas de Washington - Oregón - California y Perú - Chile . [ 9 ]
frentes de corrientes de frontera occidental
En general, en el límite oriental de los continentes se forman fuertes corrientes denominadas corrientes de frontera occidental . Estas fuertes corrientes pueden transportar masas de agua a grandes distancias, poniéndolas en contacto con masas de agua que poseen propiedades muy diferentes. Estas diferencias en las propiedades, junto con factores como la velocidad, provocan fuertes gradientes entre las corrientes de frontera occidental y el agua circundante, lo que da lugar a la formación de frentes de corriente de frontera occidental. Estos frentes se encuentran entre los más fuertes que se pueden observar y pueden extenderse a lo largo de miles de kilómetros. [ 9 ] Ejemplos de tales frentes se dan en la Corriente del Golfo , [ 22 ] la Corriente de Kuroshio [ 23 ] y la Corriente de Agulhas . [ 24 ]
Frentes de surgencia ecuatorial
Además del afloramiento costero, también se produce un fuerte afloramiento a lo largo del ecuador . En este caso, la fuerza de Coriolis es pequeña cerca del ecuador, ya que cambia de signo entre los hemisferios . Los vientos alisios del oeste provocan entonces un transporte de Ekman que aleja las aguas superficiales del ecuador en ambos hemisferios. El agua de afloramiento que reemplaza a las aguas superficiales circundantes será más fría, creando de nuevo un fuerte gradiente vertical de temperatura que conduce a la formación de un frente. [ 2 ] Como la ubicación de los vientos alisios varía estacionalmente, la ubicación del frente de afloramiento ecuatorial también lo hace. [ 25 ] Este tipo de frente se puede encontrar principalmente en los océanos Atlántico y Pacífico . [ 9 ] Sin embargo, en el océano Índico , estos frentes no son tan fuertes. [ 9 ] Esto probablemente se deba a la diferencia entre las cuencas oceánicas, ya que el océano Índico solo se extiende ligeramente al norte del ecuador, mientras que las otras cuencas llegan hasta el polo norte . [ 9 ]
La línea blanca del Pacífico , que se muestra aquí, es un ejemplo de un frente de convergencia subtropical. En este caso, la diatomea flotante Rhizosolenia se acumula en el frente en cantidades tan grandes que es visible desde el espacio.
Frentes de convergencia subtropicales
La región subtropical está rodeada por vientos que soplan hacia el este en latitudes más altas y vientos que soplan hacia el oeste en latitudes más bajas . El transporte de Ekman asociado con estos vientos en ambos casos dirige un flujo de agua hacia los subtrópicos , lo que lleva a la convergencia de aguas más frías de latitudes medias y aguas más cálidas de los trópicos aquí. [ 26 ] Esto lleva a la formación de un frente de convergencia subtropical. Como las masas de agua a ambos lados del frente tienen temperaturas diferentes, esto crea un fuerte gradiente de temperatura y hace que dichos frentes puedan verse como frentes térmicos . [ 27 ] Además, la acumulación de agua en esta región lleva a un ligero aumento en el nivel del mar . Esto aumenta la presión sobre la columna de agua y resulta en afloramiento descendente . [ 2 ] En algunos casos, esto puede sustentar comunidades marinas locales, ya que organismos, como el sargazo , que flotan en las capas superiores del océano se moverán hacia el frente con el agua y permanecerán en las capas superiores cerca del frente. [ 28 ] Ejemplos de frentes de convergencia subtropicales se pueden encontrar, entre otros, en el Mar de los Sargazos y el Océano Pacífico Norte , pero también en las partes meridionales de los Océanos Atlántico , Índico y Pacífico . [ 9 ]
Frentes de zonas marginales de hielo
Se pueden generar dos tipos de frentes alrededor de los bordes del hielo marino, dependiendo de la profundidad a la que se encuentren. La principal diferencia entre ambos radica en la liberación de sal durante la formación del hielo marino , denominada rechazo de salmuera . Esto genera una convección impulsada por la salinidad, que lleva las aguas salinas a mayor profundidad. Durante el deshielo , la salinidad en las aguas superficiales disminuye debido al aporte de agua dulce. Esto crea un frente de salinidad local entre las aguas más profundas y salinas y el agua de deshielo superficial de baja salinidad. [ 9 ]
Frentes de la capa superior : En la capa superior, se puede encontrar un tipo de frentes de zona de hielo marginal , que se extiende a lo largo del borde del hielo. Estos frentes de la capa superior se deben a la diferencia de temperatura entre las aguas cálidas de la capa superior y el hielo frío. [ 29 ]
Frentes de capa inferior : Un segundo tipo de frente de zona de hielo marginal es el frente de capa inferior. Este tipo se puede encontrar en la capa inferior entre el agua de fondo invernal residente y el agua de verano. [ 29 ]
Los frentes de las capas superior e inferior pueden separarse donde las corrientes oceánicas chocan perpendicularmente al hielo, lo que suele ocurrir, por ejemplo, en las bahías . [ 29 ] Sin embargo, por ejemplo, en las penínsulas de hielo , la baja turbulencia lateral puede provocar que estos frentes coincidan. [ 29 ]
En general, se pueden encontrar ejemplos de frentes de zonas de hielo marginales en el mar de Labrador y Groenlandia , y en el océano Austral . [ 9 ]
Posición aproximada de los tres frentes del Océano Austral relacionados con la Corriente Circumpolar Antártica: Frente de la Corriente Circumpolar Antártica Meridional (SACC), Frente Polar Antártico (PF) y Frente Subantártico (SAF). Además, se muestra el Frente de Convergencia Subtropical (STF).
frentes del Océano Austral
Un conjunto muy importante de frentes se produce en el Océano Austral . Esta cuenca se caracteriza por la intensa Corriente Circumpolar Antártica (CCA), que fluye hacia el este y es uno de los sistemas de corrientes más poderosos de la Tierra. Además, las diferentes masas de agua que confluyen en esta cuenca están asociadas con fuertes gradientes de densidad que alcanzan grandes profundidades y dan lugar a superficies isopicnales (planos de densidad constante) muy inclinadas que se vuelven menos profundas hacia el sur. [ 30 ] En conjunto, estas dinámicas dan lugar a la formación de frentes fuertes y persistentes. Según la definición tradicional de frentes, esta es la única cuenca oceánica donde se pueden encontrar frentes circumpolares. Sin embargo, la estructura de los frentes alrededor de la Antártida se reorganiza varias veces, lo que provoca la división de un único frente en numerosos subfrentes más pequeños. [ 30 ]
Dentro de la ACC (de norte a sur), los frentes definidos son el Frente Subantártico (FSA), el Frente Polar Antártico (FPA) y el Frente Sur de la ACC (FSACC). Sin embargo, al sur de estos tres frentes, se pueden definir dos frentes más: el Frente del Límite Sur (FLS) y el Frente de la Pendiente Antártica (FPA). El FPA se forma entre las aguas de la plataforma continental cercanas al continente antártico y las aguas oceánicas mar adentro, y por lo tanto también podría considerarse un frente de talud continental. [ 9 ] Sin embargo, en este caso, el frente está influenciado por un proceso adicional, a saber, los vientos catabáticos . Estos transportan aire de alta densidad desde una elevación mayor ladera abajo bajo la fuerza de la gravedad y ayudan a mantener la corriente hacia el oeste sobre la plataforma continental y, por lo tanto, el frente. [ 30 ]
Importancia de los frentes
Los frentes son importantes en muchos aspectos. Algunos tipos de frentes, como los frentes de surgencia y convergencia, son sitios de intercambio pronunciado entre el océano profundo y superficial y pueden catalizar la generación de remolinos de mesoescala y filamentos de submesoescala. [ 3 ] Los frentes de surgencia pueden llevar nutrientes a la superficie y conducir al crecimiento del fitoplancton . Este crecimiento del fitoplancton puede a su vez sustentar otros organismos marinos en el área. Algunos frentes crean puntos críticos de biodiversidad marina y procesos biogeoquímicos cuando inyectan macronutrientes de una masa de agua adyacente rica en nutrientes en una zona eufótica limitada en nutrientes y físicamente estable , lo que mejora la nueva producción primaria. [ 31 ] De hecho, los frentes del Océano Austral dividieron este Océano en una serie de zonas biofísicas distintas y, por lo tanto, en una serie de hábitats distintos, que a su vez sustentan una biota distinta . [ 3 ] Debido a que las aguas costeras son generalmente más ricas en nutrientes que las aguas de mar abierto, los frentes marinos de la plataforma a menudo marcan límites biogeoquímicos marcados. Sin embargo, la fuerte mezcla que se produce en algunos frentes puede aportar nutrientes a la zona eufótica y aumentar la productividad . [ 18 ] El excedente de biomasa de carbono producido en los frentes puede exportarse hacia abajo, alimentando comunidades pelágicas y bentónicas más profundas . El transporte descendente de biomasa de carbono es una vía importante en el ciclo global del carbono , particularmente en mares poco profundos donde parte del carbono orgánico particulado fijado por la fotosíntesis se acumula en los sedimentos del fondo . [ 31 ]
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