Mezcla y turbulencia en el océano
La turbulencia a escalas de centímetros e inferiores logra silenciosamente lo que las grandes corrientes no pueden: agita el calor, la sal, los nutrientes y el momento a través de las superficies de densidad y, en última instancia, sostiene el vuelco profundo de todo el océano.
Definition
La mezcla oceánica es la transferencia irreversible de propiedades como el calor, la sal y el momento por movimientos turbulentos a pequeña escala, mientras que la turbulencia es el movimiento caótico y tridimensional del fluido que produce esta transferencia.
Scope
Este tema abarca la generación de turbulencia por el viento, la convección y la cizalladura; la estructura y el arrastre de la capa mezclada superficial; la mezcla diapycnal (a través de isopicnas) en el interior, impulsada en gran medida por la ruptura de ondas internas; los procesos de doble difusión; y la parametrización de la mezcla en los modelos oceánicos y climáticos.
Core questions
- ¿Qué procesos generan turbulencia en la capa superficial y en el interior estratificado?
- ¿Cómo la turbulencia establece la profundidad y las propiedades de la capa mezclada?
- ¿Qué controla la tasa de mezcla diapycnal que permite que el agua densa y profunda regrese a la superficie?
- ¿Cómo se puede representar la mezcla, que actúa a escalas no resueltas, en los modelos oceánicos a gran escala?
Key theories
- Inestabilidad por cizalladura y el número de Richardson
- El flujo estratificado por cizalladura se vuelve turbulento cuando el efecto desestabilizador de la cizalladura de la velocidad supera el efecto estabilizador de la estratificación, una transición predicha por un bajo número de Richardson de gradiente.
- Energética de la mezcla abisal
- Mantener la estratificación profunda observada y el vuelco requiere un suministro global de energía de mezcla, atribuido en gran medida a los vientos y a las mareas internas que se rompen sobre la topografía rugosa.
Mechanisms
El esfuerzo del viento y el enfriamiento superficial generan convección y cizalladura que mezclan el océano superior en una capa casi homogénea; en el interior, las ondas internas crecen, se empinan y se rompen donde el número de Richardson desciende lo suficiente para la inestabilidad por cizalladura, produciendo parches de turbulencia que mezclan el agua a través de las superficies de densidad. El efecto acumulativo eleva el agua densa y profunda y cierra la circulación de vuelco.
Clinical relevance
La mezcla establece el suministro de nutrientes a las aguas superficiales iluminadas por el sol y, por lo tanto, la producción primaria, controla la rapidez con la que el océano absorbe el calor y el carbono, y es una de las mayores fuentes de incertidumbre en las proyecciones climáticas porque debe ser parametrizada en lugar de resuelta.
History
El trabajo de Munk de 1966, "Abyssal Recipes", planteó el problema de cuánta mezcla se necesita para mantener la estratificación del océano profundo; las mediciones de microestructura desde la década de 1970 en adelante, que culminaron en experimentos de liberación de trazadores y el marco energético de Munk-Wunsch de 1998, establecieron la mezcla como un control central y limitado por la energía en la circulación global.
Key figures
- Walter Munk
- Carl Wunsch
- Lewis Fry Richardson
Related topics
Seminal works
- thorpe2005
- munkWunsch1998
Frequently asked questions
- ¿Por qué es importante la mezcla en el océano profundo para el clima?
- La mezcla permite que el agua fría y densa del fondo regrese lentamente hacia arriba, cerrando la circulación global de vuelco que redistribuye el calor y el carbono; su tasa influye fuertemente en cómo el océano amortigua el cambio climático.
- ¿De dónde proviene la energía para la mezcla oceánica?
- La mayor parte proviene del viento que sopla en la superficie y de las mareas que impulsan ondas internas que se rompen sobre la topografía rugosa del fondo marino, convirtiendo la energía a gran escala en turbulencia a pequeña escala.