Las mareas son ondas largas, ya sea progresivas o estacionarias. El período dominante es usualmente de 12 horas 25 minutos, el cual es la mitad de un día lunar. Las mareas se generan por el potencial gravitacional de la luna y el sol. Su propagación y amplitud están influenciadas por fricción, la rotación de la tierra (fuerza de Coriolis), y la resonancia que está determinada por las formas y profundidades de las cuencas oceánicas y los mares marginales.
La expresión más obvia de la marea es el ascenso y descenso del nivel del mar. De igual importancia es el cambio regular en la velocidad y direccion de la corriente. Las corrientes de marea son de las de mayor magnitud en los océanos mundiales.
El que existan mareas vivas y mareas muertas alternas da como resultado una desigualdad quincenal en las alturas de la marea y las corrientes. Este período es de 14.77 días, el cual es la mitad de un mes sinódico. (Sinódico: está relacionado a las mismas fases de un planeta o sus satélites. Un período sinódico o un mes sinódico es entonces el tiempo que transcurre entre dos fases sucesivas idénticas de la luna. En la teoría de las mareas, sinódico siempre hace referencia a la luna, tal que un mes sinódico es el tiempo que transcurre entre fases sucesivas de la luna, por ejemplo entre lunas nuevas sucesivas.) Existen otras desigualdades con períodos similares o más largos.
Animación
A medida que la tierra revoluciona alrededor del centro de gravedad del sistema tierra/sol, la orientación del eje de la tierra en el espacio permanece igual. Esto se conoce como revolución sin rotación (ver la animación para mayor explicación).
Figura 11.1
La fuerza generadora de marea es la suma de la fuerza gravitacional y la fuerza centrífuga. En un sistema con revolución pero sin rotación la fuerza centrífuga es la misma para cualquier punto sobre la superficie de la tierra, pero la fuerza gravitacional si varía (Figura 11.1). La fuerza generadora de marea, por tanto, varía en intensidad y dirección sobre la superficie de la tierra. La componente vertical de esta fuerza es muy pequeña comparada con la gravedad y su efecto en el océano puede ser considerado nulo. La componente horizontal produce las corrientes de marea, lo cual en turno resulta en variaciones del nivel del mar (Figura 11.2).
Figura 11.2
La fuerza gravitacional que ejerce un cuerpo celestial (luna, sol o estrellas) es proporcional a su masa pero inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. La distancia entre el sol y la tierra es mayor que la distancia entre la luna y la tierra, lo cual significa que la fuerza gravitacional del sol (y por tanto su fuerza generadora de marea) es de alrededor del 46% de la fuerza de la luna. Otros cuerpos celestiales no ejercen una fuerza de marea significativa.
Las mareas se pueden representar como la suma de oscilaciones armónicas con estos períodos, más la suma de oscilaciones armónicas de todos las otras combinaciones de períodos (tales como desigualdades). Cada oscilación se conoce como constituyente de marea, y tiene su amplitud, período y fase, los cuales se pueden extraer a partir de observaciones utilizando técnicas de análisis armónico. Se han identificado cientos de dichas oscilaciones, pero en la mayoría de las situaciones y para propósitos de predicciones a lo largo de un año más o menos, es suficiente con incluir sólamente M2, S2, K1 y O1. En la práctica, las predicciones que se producen por computadora para publicar las tablas de marea oficiales utilizan muchos más términos que estos cuatro. Por ejemplo, el Departamento Nacional de Mareas en Australia utiliza 115 términos para producir las Tablas de Marea oficiales de ese país.
Para clasificar las mareas se utiliza el Número de Forma F definido como
F = ( K1 + O1 ) / ( M2 + S2 )
donde los símbolos de las constituyentes indican sus respectivas amplitudes. De acuerdo al valor de F se distinguen cuatro categorías:
Figura 11.3
| valor de F | categoría |
|---|---|
| 0 - 0.25 | semidiurna |
| 0.25 - 1.5 | mixta, principalmente semidiurna |
| 1.5 - 3 | mixta, principalmente diurna |
| > 3 | diurna |
La Figura 11.3 muestra algunos ejemplos.
Las escalas de variación en el campo de fuerzas son de dimensiones globales. Sólo los cuerpos de agua más grandes pueden acomodar directamente las mareas forzadas. En una tierra sin rotación las mareas serían ondas estacionarias y tendrían la forma de seiches, esto es, un movimiento hacia adelante y atras del agua alternado con puntos de no movimiento vertical (nodos). En una tierra con rotación la onda de marea se transforma en un movimiento alrededor de puntos sin movimientos verticales conocidos como puntos anfidrómicos.
La animación compara el movimiento de un seiche y el movimiento de la marea alrededor de un punto anfidrómico. Note que en una tierra con rotación las mareas toman la forma de ondas que se propagan: La onda se propaga alrededor del punto anfidrómico ya sea a favor o en contra de las manecillas del reloj.
Figura 11.4
Los detalles de la forma de la onda de marea son difíciles de evaluar ya que dependen de la configuración de la cuenca. Los modelos numéricos en computadora pueden dar una descripción de la onda en una escala oceánica (Figura 11.4). Los resultados de los modelos tienen que ser verificados con observaciones del rango de marea y los tiempos de ocurrencia de la marea alta y la marea baja. Las distorsiones de la onda de marea en la plataforma continental causadas por la reducida profundidad dificultan la comparación de resultados para el océano abierto. En aguas profundas el rango de marea raramente excede los 0.5 m.
Las mareas en mares marginales y bahías no pueden ser generadas directamente sino que son mareas de co-oscilación generadas por el movimiento de las mareas en la conección con el océano abierto. Dependiendo del tamaño de la cuenca o de la bahía, las mareas pueden tomar la forma de un seiche o rotar alrededor de uno o mas puntos anfidrómicos.
Figura 11.5
Si el forzamiento de la marea está en resonancia con el período de un seiche dentro de la cuenca o bahía, el rango de marea se amplifica y puede ser mucho mayor que el rango en la entrada. Este fenómeno produce los rangos de marea más grandes en los océanos mundiales (14 m en la Bahía de Fundy en la costa este de Canadá, 10 m en San Malo, Francia, 8 m en la plataforma noroeste de Australia y en el extremo norte del Golfo de California, México; todas estas son principalmente mareas semidiurnas). De acuerdo con la dinámica de seiches en cuencas abiertas, el rango de marea es entonces máximo en el extremo al interior del cuerpo de agua. En el Golfo Spencer en el sur de Australia, se observa una amplificación del rango más o menos regular, donde durante las mareas vivas el rango es de 3 m en el extremo interior, y menos de 1 m en la entrada del golfo.
La Figura 11.5 muestra un ejemplo de una marea de co-oscilación en una bahía larga. En la entrada, el forzamiento es por la marea oceánica, la cual tiene un rango de marea (en mareas vivas) de alrededor de 1 m. Debido al ancho de la cuenca, la fuerza de Coriolis logra modificar la forma de la onda, y se producen puntos anfidrómicos alrededor de los cuales se propaga la onda. La amplificación es particularmente grande en la costa Británica y en el Canal Inglés.