Por muchos años, la Universidad de Flinders del Sur de Australia ha ofrecido en el primer año el tópico Ciencias de la Tierra en dos partes. El tópico del primer semestre, Ciencias de la Tierra 1A, trata sobre el lugar de la Tierra en el universo, aspectos de geología, y una introducción a la geofísica e hidrología. La meteorología y oceanografía se tratan en el tópico del segundo semestre de Ciencias de la Tierra 1B.
Al comienzo del 2000 los dos tópicos se presentan como Ciencias de la Tierra 1, el cual continúa como el primer tópico del semestre con idéntico contenido, y Ciencias Marinas 1 como el tópico del segundo semestre. Ciencias Marinas 1, aún contiene extenso material sobre meteorología y oceanografía física, pero también contiene una introducción elemental hacia los aspectos de la biología marina.
Estas notas representan el contenido del tópico de oceanografía física. Además, dos clases introductorias colocan los aspectos atmosféricos y oceanográficos en el contexto de las ciencias exactas; siendo una versión abreviada de las dos primeras clases dadas al comienzo del semestre.
Las ciencias de la meteorología y oceanografía estudian los resultados de esos procesos en la atmósfera y el océano.
Figura 1
Los componentes vivos y no-vivos del interactivo sistema terrestre están ajustados a través de interacciones - aún la estructura de los componentes no-vivos está determinada por la presencia de la vida.
Esto es mayormente notorio para la atmósfera; su composición está determinada por la presencia de la vida (fig. 1).
En los años 60 el químico Británico James Lovelock fue contratado por la agencia espacial NASA de los Estados Unidos de América en su búsqueda de vida extraterrestre, particularmente en Marte y Venus. Advirtiendo la gran diferencia entre la composición atmosférica de la Tierra y la de los otros dos planetas - y en particular el hecho de que las atmósferas de Venus y Marte están en un equilibrio muerto mientras que la atmósfera de la Tierra está en un equilibrio dinámico, la cual sin la vida se revertiría inmediatamente al equilibrio muerto - él y Lynn Margulis, una microbióloga de los EE.UU., desarrollaron el concepto o hipótesis de gaea.
Ellos indican que la presencia de la vida tiene consecuencias profundas que repercuten en todo el planeta. El crecimiento del bosque, por ejemplo, reduce considerablemente el albedo (la reflectividad de la superficie terrestre). Como resultado la Tierra está varios grados más caliente de lo que estaría sin la presencia de la vida. La hipótesis de gaea por lo tanto establece que el planeta Tierra es un organismo vivo en si mismo, y que los océanos, tierra, aire y todas las formas de vida son órganos diferentes de un cuerpo viviente.
Ya sea que uno acepte o no la hipótesis de gaea en su formulación extrema, esta es sin lugar a dudas una hipótesis científica y puede resistir a las muchas tentativas a convertirla en una "religión de la nueva era". Los hechos sobran de que la Tierra, como es actualmente, está determinada en su estado físico (la distribución de agua e hielo, la composición de la atmósfera, los procesos de meteorización de las rocas, y mucho más) por la presencia de la vida.
Figura 2
La ciencia moderna ha sido sumamente acertada en explicar la Tierra dividiéndola en compartimentos (fig. 2), los cuales se pueden estudiar por separado. La ciencia moderna no está bien equipada para abordar a la Tierra como un organismo interrelacionado. Esta manera "occidental" de analizar y entender el mundo se refleja también en la estructura de los idiomas occidentales, los cuales estructuran oraciones a través de las relaciones sujeto-objeto, lo cual siempre establecen una clara jerarquía de amo-sirviente. Una oración tal como: "El ingeniero mejora el ambiente" dice que hay un ambiente, de que el ingeniero no es una parte; él es el amo del ambiente. Otras culturas no dividen el mundo en compartimentos, y sus idiomas describen el mundo en maneras totalmente diferentes. Hay muchos ejemplos de idiomas del Indio Americano quienes no conocen el concepto de sujeto y objeto; y si los Aborigines Australianos dicen: "Somos la tierra, y la tierra es nosotros", ellos expresan su punto de vista de que dividiendo el mundo en compartimentos puede hacer perder de vista importantes interacciones entre las distintas "esferas".
Tenga en mente que la meteorología y la oceanografía son justamente dos compartimentos del sistema con muchos componentes ínter actuantes vivos y no vivos y que estudiando los procesos a través de la meteorología y oceanografía es sólo una manera de estudiar el mundo. No obstante, el éxito de la ciencia occidental en explicar cómo trabaja el mundo físico no debería descartarse a la ligera, de manera que seguiremos sus métodos.
Con esta advertencia, vamos a proceder a estudiar los procesos físicos en la naturaleza y mirar tres ejemplos: convección, remolinos y olas.
Figures: 4-5-6
Un fluido puede estar estratificado, lo cual significa que su densidad puede variar. Para que un fluido esté en estado estable, su densidad tiene que disminuir desde el fondo hasta la superficie.
La convección ocurre cuando esta condición no se satisface. Las inestabilidades se producen cuando la densidad del fluido es mayor por encima que por debajo. Así, el fluido más ligero sube por encima, mientras que el fluido más pesado baja hacia el fondo hasta que logra estabilizarse. El movimiento resultante se denomina convección.
La convección representa un equilibrio de fuerzas entre la gravedad y la fricción. Una tercera fuerza se requiere para establecer la inestabilidad inicial. Las escalas espaciales y temporales de la convección dependen de la viscosidad del fluido. Los ejemplos dados en las figuras ilustran la convección en la tierra "sólida", atmósfera y océano (fig. 4, 5, 6).
Figures: 7-8-9
Los remolinos son el resultado de inestabilidades en el movimiento del fluido. Ellos involucran un equilibrio de fuerzas algo más complicado que el que intentamos hacer aquí, pero son características oceánicas tan comunes que resulta instructivo echar una mirada a algunos ejemplos y compararlos con la tierra "tierra sólida", la atmósfera y el océano. La similaridad de los remolinos atmosféricos y oceánicos se discutirá detalladamente en la Clase 1 más adelante en este curso. En este contexto vale la pena notar que la "tierra sólida" experimenta procesos muy similares, aunque en escalas de tiempo mucho más grades.
Tanto en la atmósfera, (fig. 7) como en el océano (fig. 8), los remolinos pueden generarse por el cizallamiento del viento o de la corriente, es decir, cuando el fluido se mueve en la misma dirección, pero con diferente celeridad.
La alta viscosidad de la Tierra "tierra sólida" impide la formación de remolinos aún cuando exista cizallamiento en el movimiento del manto o corteza. En su lugar se observan plegamientos (fig. 9).
Figuras: 10-11-12
Las olas están en un equilibrio de fuerzas, donde las fuerzas varían periódicamente en fortaleza produciendo un movimiento periódico del fluido. Ellas representan un medio eficiente para trasportar energía por sobre grandes distancias.
Habrá oportunidad suficiente más adelante en este tópico para estudiar detalladamente la interacción de fuerzas en el movimiento de la onda.
En este punto utilizamos ondas como otro ejemplo que demuestra otra vez que la "tierra sólida" (fig. 10), la atmósfera (fig. 11) y el océano (fig. 12) son tres tipos diferentes de fluidos en movimiento.
Existen muchas maneras de generar las olas. Los ejemplos que se muestran en las figuras representan diferentes equilibrios de fuerzas. Lo que ellos tienen en común es que sus propiedades se pueden entender y sus comportamientos pronosticados sobre la base de las Leyes de la Física.
En las actividades del hombre actual -sea esta industrial, comercial o recreacional- se moldeará nuestro ambiente mucho más que antes. El manejo ambiental activo sobre una escala global se ha convertido en una necesidad.
La actividad humana no puede pasar por encima de las Leyes de la Naturaleza. El manejo ambiental activo tiene que estar basado sobre estas leyes, este manejo no puede tener éxito si se opone a esas leyes.
Las ciencias de la oceanografía y meteorología investigan y explican cómo las Leyes de la Física determinan los procesos en la atmósfera y en los océanos. Ellas constituyen la base para cualquier manejo ambiental.
El manejo ambiental responsable toma en cuenta muchos factores, tales como: consideraciones económicas, sociales e históricas, pero no puede ignorar las Leyes de la Física.
