E4 Ondas Oceánicas - Superficiales

Tópico

Las ondas de superficie oceánica son perturbaciones de la interfaz entre el agua y el aire en las que la gravedad actúa como la fuerza que las restaura. En aguas profundas, cuando la profundidad supera aproximadamente una cuarta parte de la longitud de onda, la velocidad a la que viaja cada onda depende únicamente de su propia longitud de onda y no de la profundidad del agua: las ondas largas viajan más rápido que las cortas, un comportamiento que se conoce como dispersión. En aguas poco profundas, cuando la profundidad es mucho menor que la longitud de onda, ocurre justo lo contrario: todas las ondas, largas y cortas, viajan exactamente a la misma velocidad, una velocidad que depende únicamente de la profundidad del agua y que crece con la raíz cuadrada de esa profundidad, y es esa igualdad de velocidades la que hace que las ondas en aguas poco profundas dejen de dispersarse entre sí.

El viento es el que genera las olas del océano, y a medida que las genera, esas olas evolucionan hacia un espectro de frecuencias y direcciones que puede tomar dos formas típicas, según qué tan avanzada esté esa generación. El espectro de un mar de viento todavía en generación activa tiene un pico de energía concentrado en una frecuencia de pico bien definida, con un factor de amplificación de ese pico cercano a tres con tres décimas respecto de un mar ya desarrollado, lo que hace que la energía de ese espectro se concentre mucho más marcadamente alrededor de esa frecuencia de pico que la de un mar desarrollado. El espectro de Pierson-Moskowitz, en cambio, describe precisamente ese mar completamente desarrollado, en el que el viento ya no le añade más energía al oleaje, y su factor de amplificación del pico es de exactamente uno.

La altura significativa de ola cuantifica la amplitud media del tercio más alto de todas las olas que componen el espectro, y se relaciona directamente con la varianza de ese mismo espectro: cuanta más energía contiene el espectro de olas, mayor es su varianza, y mayor es, en consecuencia, la altura significativa de ola que ese espectro produce, lo que hace que baste con conocer la varianza del espectro para predecir qué tan altas son, en promedio, las olas más grandes del mar.

Cuando la amplitud de una ola concreta supera aproximadamente una séptima parte de su propia longitud de onda, un umbral conocido como el criterio de Stokes, esa ola rompe formando espuma blanca en la superficie. Esta rotura de olas es la principal fuente de disipación de energía dentro de todo el espectro de olas, y es esa misma rotura la que hace que el oleaje transfiera momento y gases disueltos hacia el océano que tiene debajo.

Además de disipar energía al romper, las olas también producen las corrientes de Stokes: un flujo neto de masa de agua en la misma dirección hacia la que se propaga la ola, que aparece porque el agua se transporta de manera distinta en la cresta que en el seno de cada ola. Estas corrientes de Stokes son las que arrastran, en la superficie, tanto a las boyas de deriva como a los contaminantes que flotan en el agua, mientras que, dentro del propio espectro de olas, las interacciones no lineales entre unas olas y otras redistribuyen constantemente la energía de una frecuencia a otra, lo que hace que el espectro de olas nunca deje de reorganizarse internamente incluso mucho después de que el viento dejó de soplar.

El comportamiento esperado es que, lejos de la región donde el viento las generó, las olas se propaguen como mar de fondo cada vez más ordenado, y es precisamente la dispersión descrita al principio la que hace que ese mar de fondo termine separándose por frecuencia a medida que viaja miles de kilómetros: las ondas más largas, más rápidas, llegan primero a una costa lejana, y las más cortas llegan después, mucho tiempo más tarde. Así, desde la dispersión que distingue a las aguas profundas de las poco profundas hasta la separación de frecuencias que sufre un mar de fondo después de viajar miles de kilómetros, las ondas de superficie oceánica llevan consigo, en la propia estructura de su espectro, la historia completa del viento que las generó y del océano que después atravesaron.

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