Durant molts anys la Universitat Flinders del Sud d'Austràlia ha ofert un primer curs de Ciències de la Terra en dues parts. Durant el primer semestre, Ciències de Terra 1 A, es tractaven temes relacionats amb la situació de la Terra dins de l'univers, aspectes de geologia, i una introducció a la geofísica i la hidrologia. La meteorologia i l'oceanografia es cobrien en un segon semestre, Ciències de Terra 1B.
A principis del 2000 els dos temes es repartien entre Ciències de Terra 1, amb els mateixos continguts que en el primer semestre, i Ciències Marines 1 com a temàtica principal del segon semestre. Ciències Marines 1 encara contenia material extens sobre meteorologia i oceanografia física però també una introducció elemental a aspectes de la biologia marina.
Aquestes notes representen el contingut de la part d'oceanografia física. A més a més, les dues lliçons introductòries posen els aspectes atmosfèrics i oceanogràfics en el context de les ciències exactes; són una versió abreujada dels primers dos seminaris impartits al començament del semestre.
Les disciplines de la meteorologia i l'oceanografia estudien els resultats d'aquests processos a l'atmosfera i a l'oceà.
Figura 1
Els éssers vius i els components inerts de la Terra formen un sistema interactiu i estan enmotllats per la seva interacció - fins i tot l'estructura dels components inerts està determinada per la presència de vida.
Això és més pronunciat a l'atmosfera; la seva composició està determinada per la presència dels éssers vius (fig. 1).
Durant els anys 60 el químic britànic James Lovelock estava contractat per l'agència espacial NASA dels USA en la recerca de vida extraterrestre, especialment a Mart i Venus. Adonant-se de la gran diferència en la composició atmosfèrica entre la Terra i els altres dos planetes - i en particular el fet que les atmosferes de Venus i Mart estiguin en un equilibri mort mentre l'atmosfera de la Terra es troba en un equilibri dinàmic, el qual sense vida tornaria immediatament a un equilibri mort -, ell amb Lynn Margulis, una microbiòloga americana van desenvolupar el concepte o hipòtesi de gaia.
Van assenyalar que la presència de vida té conseqüències fonamentals globalment per al planeta. El desenvolupament dels boscos, per exemple, redueix l'albedo (la reflectivitat de la superfície de la Terra) considerablement. Com a consequència la Terra és uns quants graus més calenta que si no hi hagués vida. La hipòtesi de gaia llavors estableix que la Terra és un organisme viu ell mateix, i els oceans, el terra, i l'aire són differents òrgans d'un cos viu.Tant si un accepta la hipòtesi de gaia en la seva formulació més extrema, com si no, la hipòtesi de gaia és una hipòtesi científica sense cap dubte i pot resistir els molts intents de convertir-la en una "religió de la nova era". És un fet que l'estat físic de la Terra, tal i com és avui, està determinat (la distribució d'aigua i gel, la composició de l'atmosfera, els processos de meteorització de roques, i molt més) per la presència de la vida.
Figura 2
La ciència moderna ha tingut un èxit extraordinari explicant la Terra com si estigués dividida en compartiments (fig. 2) que es poden estudiar separadament. No resulta adequat començar a acostar-se a estudiar la Terra com un organisme interrelacionat. Aquesta manera "occidental" d'analitzar i comprendre el món també es reflecteix en l'estructura de les llengües occidentals, on es componen les sentències a través de relacions sujecte-objecte que sempre estableixen una clara jerarquia de mestre-servidor. Una sentència com: "L'enginyer millora el mediambient" vol dir que hi ha un entorn, del qual pròpiament l'enginyer no en forma part; ell és el mestre del mediambient. Altres cultures no divideixen el món en compartiments, i les seves llengües descriuen el món de maneres totalment diferents. Hi ha molts exemples de llengües índies americanes que no coneixen el concepte de sujecte i objecte; i si els aborígens australians diuen: "Nosaltres som la terra, i la terra és nosaltres", estan expressant el punt de vista on dividir el món en compartiments pot fer-te deixar de banda interaccions importants entre les diverses "esferes".
Consideri dons que la meteorologia i l'oceanografia són només dos compartiments d'un sistema amb molts components interactius vius i no vius, i que els processos estudiats a través de la meteorologia i l'oceanografia són només una manera d'estudiar el món. No obstant això, l'èxit de la ciència occidental explicant com funciona el món físic no s'hauria de desestimar a la lleugera, i seguirem amb el seu mètode.
Amb aquesta advertència, continuarem l'estudi dels processos físics a la natura i analitzarem tres exemples: convecció, remolins i ones.
Un fluid pot estar estratificat, és a dir la seva densitat pot variar espacialment. Per tal que un fluid estigui en un estat estable, la seva densitat ha de decrèixer des d'abaix fins a dalt
Figures: 4-5-6
La convecció succeeix quan aquesta condició no es satisfà. La inestabilitat apareix quan la densitat del fluid és més gran en la part superior que en la part inferior. Llavors el fluid més lleuger ascendeix cap a amunt i el fluid més dens s'enfonsa al fons fins que s'aconsegueix restablir l'estabilitat. El moviment que resulta s'anomena convecció.
La convecció representa un equilibri de forces entre la gravetat i la fricció. Una tercera força es necessària per reestablir la inestabilitat inicial. Les escales espacials i temporals de la convecció depenen de la viscositat del fluid. Els exemples donats en les figures mostren la convecció a la "Terra sòlida" (fig. 4), a l'atmosfera (fig. 5) i a l'oceà (fig. 6).
Figures: 7-8-9
Els remolins són el resultat de les instabilities dels moviment dels fluids. Impliquen un equilibri una mica més complicat de forces que el que pretenem estudiar aquí, però són tan habituals que és instructiu mirar alguns exemples i comparar una altra vegada la Terra "sòlida", l'atmosfera i l'oceà. La similitut dels remolins de l'atmosfera i de l'oceà es discutirà més en detall en aquest curs, en la lliçó 1 més endavant. En aquest context és important remarcar que la terra "sòlida" pateix processos molt similars, encara que en escales de temps molt més grans.
A l'atmosfera (fig. 7) i a l'oceà (fig. 8) els remolins es poden generar a partir de la cisalla de vent o dels corrents, i.e. quan el fluid es mou en la mateixa direcció però amb velocitat diferent. La alta viscositat de la Terra "sòlida" sovint impedeix la formació de remolins fins i tot quan hi ha cisalla en el moviment del mantell o de l'escorça terrestre. En el seu lloc s'observa un plegament (fig. 9).
Figures: 10-11-12
Les ones són el resultat d'un balanç de forces on aquestes varien periòdicament en magnitud i produeixen un moviment fluid periòdic. Són un mitjà eficaç de transportar energia sobre grans distàncies.
Més endavant, sobre aquest tema, hi haurà la oportunitat de estudiar més en detall la interacció de les forces en el moviment ondulatori.
En aquest punt fem servir les ones com un altre exemple d'allò que demostra novament que la "Terra sòlida", l'Atmosfera i l'Oceà (figs. 11, 10, 12) són tres tipus diferents de fluids en moviments.
Hi ha moltes maneres en què es poden generar ones. Els exemples mostrats en les figures representen balanços de forçes. El que tenen en comú és que les seves propietats es poden entendre i que es pot predir el seu comportament sobre la base de les Lleis de la Física.
Actualment l'activitat humana - sigui aquesta industrial, comercial o recreativa - configura el nostre entorn molt més que abans. Una gestió activa del nostre mediambient a escala global s'ha convertit en una necessitat
La activitat humana no pot contrariar les Lleis de Natura. Una gestió activa del mediambient ha d'estar basada en aquestes lleis, no podrà tenir èxit si intenta anar contra elles.
Les ciències de la Meteorologia i l'Oceanografia investiguen i expliquen com les Lleis de la Física determinen els processos de l'atmosfera i dels oceans formant la base per a qualsevol gestió de l'entorn.
Una gestió responsable de l'entorn te en compte diversos factors, com els econòmics, els socials i consideracions històriques, però no pot ignorar les Lleis de la Física.
