ICM Logo Matthias Tomczak

El lloc de l'oceanografia física dins la ciència, eines i requisits previs:
projeccions, topografia oceànica


L'atmosfera i l'oceà són dos fluids en moviment turbulent que segueixen les mateixes lleis físiques. La Universitat de Flinders d'Austràlia del Sud ho considera així presentant la meteorologia i l'oceanografia com una unitat en el semestre Ciències Marines 1.

Les notes següents corresponen aproximadament al contingut de l'oceanografia del semestre Ciències Marines 1.

Una varietat de llibres de text cobreixen l'oceanografia física a nivell introductori. La majoria d'ells inclouen una descripció de tots els aspectes de les ciències del mar (és a dir, inclosa la biologia marina, la geologia i la química). La majoria són textos de referència útils per introduïr-se dins l'oceanografia física.

Les monografies especialitzades només en oceanografia física són generalment molt més detallades del que es necessita en un curs introductori, però per aquells estudiants amb particular interès en aspectes d'oceanografia física de les ciències de la terra es recomana consultar llibres de referència addicionals. Una llista de llibres disponibles a la biblioteca de la Universitat de Flinders es pot veure aquí.

El codi per a l'oceanografia física en el sistema de classificació de Dewy és 551.46; la manera més senzilla de trobar el fons de la biblioteca en aquest àmbit és anar a buscar les prestatgeries etiquetades 551.46 i fullejar els llibres.

El lloc de l'Oceanografia Física dins la Ciència

Esquemas A-B

L'oceanografia física ocupa un lloc únic entre totes les disciplines científiques, ja que té una forta interacció amb un gran nombre d'altres ciències de característiques molt diferents. Les universitats en general segueixen un dels dos models en l'ensenyament de l'oceanografia física. El primer posa èmfasi en la relació entre l'oceanografia física i altres disciplines de les Ciències de la Terra:

*Estructura de les Ciències de la Terra i Ciències Marines (Estructura B)

Les característiques comunes de les Ciències de la Terra són l'estudi dels components del planeta Terra i tractar de comprendre com treballen, és a dir, com les lleis de la física i la química actuen per modelar la Terra, com s'observa avui en dia i com era en el passat. A diferència d'altres ciències (física, química, biologia) les Ciències de la Terra poques vegades poden controlar les condicions dels seus experiments. La seva tasca és recollir dades del camp i interpretar-les de la millor manera possible.

*El segon model agrupa l'oceanografia física, juntament amb totes les altres disciplines de les Ciències Marines (Estructura A)

Les característiques comunes de les Ciències del Mar són l'ús d'eines especials de recerca per estudiar els oceans, com ara els vaixells de recerca, submarins, els anclatges i els flotadors a la deriva. Algunes disciplines dins de les Ciències Marines també es basen en els èxits i els avenços d'altres disciplines dins de les Ciències del Mar. Per exemple, la biologia marina sovint necessita d'informació sobre el medi ambient físic; l'oceanografia física no pot tenir un coneixement detallat sobre la circulació oceànica profunda sense avenços en la tecnologia oceànica.

Oceano. Física

*L'Oceanografia Física en sí mateixa es pot subdividir en tres grans branques:

A la Universitat de Flinders, tots els aspectes de l'oceanografia física poden ser estudiats de varies maneres, depenent dels interessos dels estudiants i de la seva formació.

L'objecte d'estudi de l'Oceanografia Física

Figura 1.1

L'oceà és un fluid en moviment turbulent, és a dir, que es caracteritza per la presència de remolins turbulents amb velocitats sovint més grans que les velocitats del flux mig. Com l'atmosfera també és un fluid en moviment turbulent es pot esperar que els dos medis, els objectes d'estudi de l'oceanografia física i la meteorologia, mostrin comportaments similars i es regeixin pel mateix equilibri de forces éssent molt avantatjós estudiar-los conjuntament. Per demostrar la similitud, la figura 1.1 i la figura 1.2 mostren exemples dels remolins a l'atmosfera i l'oceà. S'ha de fer notar la diferència d'escala: els remolins a l'atmosfera són típicament d'uns 2000 km de diàmetre, mentre que el diàmetre d'un remolí oceànic és típicament 200 km.

Figura 1.2

Una seqüència d'imatges preses per satèl·lits meteorològics o d'un model oceànic mostrarien que les escales de temps atmosfèriques també són diferents: en un lloc donat, els remolins atmosfèrics passen a un ritme d'una cada 5 - 7 dies (evidenciats pel pas dels fronts) mentre que el moviment d'un remolí oceànic és tal que el pas d'un remolí té lloc cada 50 - 70 dies.

L'objectiu de l'oceanografia és la comprensió de la circulació oceànica, de la distribució de calor en l'oceà, la forma en què l'oceà interactua amb l'atmosfera, i quin paper juga l'oceà en el manteniment del nostre clima.

Eines i prerequisits per a l'Oceanografía Física

Projeccions

Una eina important en oceanografia (com en totes les altres ciències de la terra) són els atles. La gent els utilitza per buscar punts d'interès, però pocs s'adonen de la importància de la correcta elecció de les projeccions utilitzades als mapes.


G. Mercator
(1512 – 1594)

Una projecció molt utilitzada en oceanografia física és la projecció de Mercator. Es va desenvolupar al segle XVII en un moment d'expansió colonial i augment dels viatges pel mar. Colom havia descobert Amèrica i els vaixells de Magallanes havien donat la volta al món. Un problema que enfrontaven aquests marins era la incertesa de la navegació lluny de la costa. En el segle XVII un marí havia de navegar entre dos punts al llarg d'una línia de rumb (una línia de rumb constant) ja que no era pràctic procedir d'una altra manera. Mercator elaborà una projecció que mostrava la superfície de la Terra de tal manera que una línia recta sobre el pla resultant en qualsevol lloc i en qualsevol direcció era una línia de rumb. Així doncs, un mariner amb un coneixement de la posició inicial podria traçar una línia recta fins al punt de destí i llegir el rumb correcte.

Com a resultat, la projecció de Mercator s'ha convertit en la projecció estàndard per a la navegació. No és, però, una projecció equidistant o projecció d'igual àrea i, per tant, no és convenient per al mapeig de grans àrees.

És un mapa conformacional, és a dir, petits cercles d'igual àrea a la Terra es representen com cercles al mapa però que augmenten de mida cap als pols. Els pols no es poden mostrar en una projecció de Mercator ja que les distàncies a prop dels pols créixen fins a l'infinit. En principi, la representació d'una superfície corba en un pla sempre implica algun "estirament" o "reducció" donant distorsions, o algun "estripat" resultant en la interrupció de la superfície. Cap projecció pot satisfer les tres propietats desitjables, és a dir,

Figura 1.3

Els tres criteris són bàsics però són mútuament excloents. Totes les altres propietats són de caràcter secundari. La majoria de les projeccions que preserven l'àrea ho aconsegueixen fent ús d'una malla de longitud corbada i per tant requereixen una malla dibuixada sobre la superfície del mapa que permeti la determinació de la ubicació de les coordenades geogràfiques (fig. 1.3). La projecció de Gall/Peters, que va ser desenvolupada per Gall en 1855 i redescoberta de nou independentment per Peters en els 70, combina la fidelitat de l'àrea amb una malla rectangular de latitud/longitud. És ideal per a la cartografia de grans regions oceàniques.

Característiques topogràfiques dels oceans

La superfície de la Terra varia en alçada des dels 8848 m (Pic del l'Everest), fins una profunditat de 11022 m (el fons Vitiaz, en la fossa de les Marianes, a l'oest de l'Oceà Pacífic del Nord). En una escala de temps geològic, la posició de la línia de costa depèn de la quantitat d'aigua disponible, que és principalment determinada per la quantitat de gel i neu envolupant l'Antàrtida i l'Oceà Àrtic, i en certa mesura per la temperatura de l'aigua en l'oceà (l'aigua s'expandeix quan s'escalfa, per la qual cosa el nivell del mar puja durant els períodes de clima càlid). Una característica de la distribució actual de terra/aigua, que té importants ramificacions per al clima, és que l'àrea coberta per l'aigua augmenta de forma continua de 70°N fins a 60°S.

Figura 1.4

Cobertura d'aigua de la Terra: el 61% de l'hemisferi nord, 81% del hemisferi sud i un 71% de mitjana mundial.

L'"hemisferi terrestre", 53% (el pol fins al riu Loira a França), "l'hemisferi d'aigua" 89% (el pol fins Nova Zelanda).

La distribució actual de terra i mar i els diversos nivells de profunditat es mostren en l'anomenada corba hipsogràfica (figura 1.4).

L'Elevació mitjana: -2440 m; l'elevació mitjana terrestre: +840 m, el nivell mitjà del fons oceànic: -3795 m

Figura 1.5

Els principals oceans estan estructurats en marges continentals, en dorsals mitjaneres oceàniques i conques profundes (figura 1.5). Cada característica estructural ocupa al voltant d'un terç dels fons oceànics.

Característica topogràficaAmpladaProfunditatCaracterístiques
Marges continentals:
Plataformafins a 300 km d'amplada150-200 m de fondària
Talús20 - 100 km d'ampladades de 200 fins a 2000 m de fondàriaSovint surcat per canyons. Pendents 1/40.
Elevaciónsfins a 300 km d'ampladades de 2000 fins a 5000 m de fondàriaPendents 1/700 fins 1/1000
Fosses600 fins a 11,000 m de fondàriaHi ha 26 fosses en tots els oceans:
  • 3 a l'Oceà Atlàntic
  • 1 a l'Oceà Índic
  • 22 a l'Oceà Pacífic
Conques profundesal voltant de 5000 m de fondària
Planes abissals

extremadament planes, plenes de sediment
Colines abissalsS'eleven des de les planes fins a 1000 m
Dorsals oceàniques: sistema interconectat de muntanyesfins a 400 km d'ampladaS'eleven fins a 3000 - 1000 m
Fossa d’esfondrament central20 - 50 km d'ampladatalls de 1000 - 3000 m de fondària dins del sistema de les dorsals

Escales dels gràfics

Com es pot observar, la profunditat mitjana dels oceans és una mica menys de 4 km. Això és bastant profund. O no ? Si s'agafa un llapis molt esmolat per dibuixar un cercle de 15 cm de ràdi i el fa servir per a representar la Terra, llavors la línia del llapis tindria un gruix suficient per representar l'escorça de la Terra sota els continents (30 km), però massa gruixuda per representar l'escorça oceànica (10 km). Les irregularitats en la línia serien més que suficients per representar la variació del relleu de la terra sòlida. Així doncs el mar és només una capa fina de fluid - si la terra fós una pilota de bàsquet, amb prou feines notaríem que gran part de la seva superfície estaria humida. No hi ha cap manera de mostrar els oceans en una escala que conservi la relació d'aspecte de la longitud horitzontal vs vertical. Llavors, com podem representar un mapa de les propietats de l'oceà, com ara la temperatura, la salinitat o els corrents que varien considerablement amb la profunditat ? En comparació amb l'extensió vertical de l'oceà, les distàncies horitzontals són tan grans que l'única forma de produir una representació significativa de les dades és distorsionant les escales. Una distància donada en un diagrama representarà per tant, diversos centenars de vegades més la distància real en l'horitzontal com en la vertical. Una relació habitual és de 500:1. Això s'haurà de tenir en compte a l'hora d'analitzar les seccions oceanogràfiques.