E3 Turbulencia y Mezcla

Tópico

La mezcla oceánica es el proceso por el cual propiedades como el calor, la sal y los nutrientes se difunden, tanto vertical como horizontalmente, entre masas de agua de distinta densidad. Es precisamente esta difusión de propiedades la que hace que el océano no se mantenga como una simple pila de capas aisladas, sino que intercambie constantemente calor, sal y nutrientes entre una capa y la siguiente.

En el océano interior, fuera de las capas límite de la superficie y del fondo, la mezcla diapicna —la que atraviesa las propias superficies de densidad— es extremadamente débil, con una difusividad de apenas una cienmilésima de metro cuadrado por segundo, pero resulta absolutamente crítica para sostener la circulación termohalina global: sin esta mezcla, por débil que sea, el océano profundo terminaría estancado. La fuente dominante de energía para esta mezcla del océano interior es la rotura de las ondas internas de gravedad, generadas principalmente por la marea, y es esa rotura la que hace que, incluso en el interior más tranquilo del océano, siga habiendo algo de mezcla.

En la capa de mezcla superficial, en cambio, la turbulencia es mucho más intensa: su difusividad alcanza una centésima de metro cuadrado por segundo, mil veces más que en el océano interior, y la impulsan la tensión que ejerce el viento sobre la superficie, la convección que produce la pérdida de calor superficial, y el propio oleaje. Es esa combinación de tres forzantes distintos la que hace que la capa de mezcla superficial se agite mucho más violentamente que cualquier otra parte del océano.

La doble difusión es un mecanismo de mezcla peculiar del océano, en el que el calor y la sal se difunden a velocidades muy distintas —el calor se difunde cerca de cien veces más rápido que la sal—, y esa diferencia de velocidades puede producir convección incluso cuando la densidad total del agua es estable. Los llamados dedos de sal son la manifestación más conocida de esta doble difusión: ocurren cuando agua caliente y salada queda flotando sobre agua fría y menos salada, y es esa diferencia en la velocidad de difusión del calor y de la sal la que hace que se formen estos delgados filamentos verticales de agua que se hunden mientras intercambian calor y sal con el agua que atraviesan.

El esquema estándar que usan los modelos oceánicos para calcular toda esta difusividad turbulenta vertical construye un perfil que depende, a la vez, de la profundidad, de la estabilidad de la estratificación y del forzamiento que recibe la superficie, y es ese perfil el que hace que un mismo modelo pueda representar tanto la mezcla intensa de la capa superficial como la mezcla débil del interior con un solo esquema coherente. El comportamiento esperado es que la mezcla oceánica sea fuerte en la capa de mezcla superficial, débil pero nunca exactamente nula en el interior, y más intensa todavía sobre la topografía más rugosa del fondo —las dorsales oceánicas, los taludes continentales—, donde las ondas internas de gravedad se generan y rompen con más facilidad que sobre un fondo liso.

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