E6 Mesoescala y Submesoescala

Tópico

La mesoescala oceánica, que abarca escalas de entre diez y quinientos kilómetros y tiempos de semanas a meses, está dominada por los remolinos que generan principalmente la inestabilidad baroclínica y la inestabilidad barotrópica de las grandes corrientes oceánicas, como la Corriente del Golfo, la Corriente Circumpolar Antártica y la Corriente de Kuroshio. Estos remolinos transportan, de manera significativa, calor, sal, sustancias bioquímicas y momento por todos los océanos del planeta, y es precisamente ese transporte tan intenso el que hace que la mesoescala concentre la mayor parte de la energía cinética de todo el océano, cerca de cien veces más que la propia circulación media, volviendo al océano fundamentalmente turbulento a esta escala.

La inestabilidad baroclínica oceánica, el mismo mecanismo que ya se describió como responsable de la ciclogénesis atmosférica, ocurre cuando el gradiente horizontal de densidad del océano almacena energía potencial disponible, y es esa misma inestabilidad la que hace que esa energía potencial se convierta en la energía cinética de los remolinos que se describieron antes. La condición necesaria para que esta inestabilidad se dispare, conocida como la condición de Charney-Stern, exige que la vorticidad potencial cuasi-geostrófica cambie de signo en algún punto de la columna vertical de agua. El radio de deformación de Rossby, cercano a los cincuenta kilómetros en las latitudes medias, es la escala horizontal característica de los remolinos que esta inestabilidad termina generando.

La submesoescala, en cambio, ocupa escalas mucho más pequeñas, de apenas cien metros a diez kilómetros, con periodos de horas a días y un número de Rossby cercano a uno. A esta escala aparecen los frentes oceánicos, los filamentos y los vórtices submesoscala, y son dinámicamente importantes por tres razones a la vez: transportan sustancias activamente hacia el interior del océano, en un proceso conocido como subducción; amplifican el acceso de los nutrientes hacia la capa donde ocurre la fotosíntesis; y contribuyen a la mezcla de trazadores de una manera desproporcionadamente grande para el tamaño tan pequeño que tienen, lo que hace que la submesoescala, pese a ocupar una fracción mínima del océano, determine buena parte de cómo se reparten sus nutrientes.

El comportamiento esperado es que la energía fluya en dos direcciones opuestas a la vez: una cascada inversa que lleva la energía desde la submesoescala hacia la mesoescala, haciendo crecer a los remolinos en vez de dispersarlos, y una cascada directa que lleva esa misma energía, en sentido contrario, desde la submesoescala hacia las microescalas donde termina disipándose por completo. Así, desde los remolinos de mesoescala que la inestabilidad baroclínica de las grandes corrientes pone en marcha hasta los frentes y filamentos de submesoescala que redistribuyen nutrientes y trazadores, el océano organiza su propia turbulencia en una jerarquía de escalas que hace que la energía nunca deje de moverse, ya sea hacia arriba o hacia abajo, dentro de ese mismo espectro.

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