Oceanografia domèstica (2): la temperatura

La temperatura, juntament amb la salinitat són les magnituds físiques que permeten caracteritzar l´aigua dels mars i dels oceans. Aquests dos paràmetres son els responsables de la circulació oceànica global que juga un paper cabdal en la regulació del clima de la Terra.

Quan l´aigua s´escalfa disminueix la seva densitat i quan es refreda la densitat augmenta. Aquest fet contribueix a la circulació general a nivell planetari i a la fertilització dels mars i oceans. A l´hivern, l´aigua superficial es refreda més que les masses d´aigua profunda i es produeix una barreja vertical, ja que l’aigua profunda en ascendir ho fa amb els nutrients sedimentats i, aquests arriben a les aigües superficials on hi ha les condicions fòtiques necessàries per a la producció primària.

Bona part de les característiques físiques de l´aigua de la mediterrania es deuen a l´establiment d´una potent termoclina durant l´estiu.

Els raigs del Sol quan incideixen en la superfície de l´aigua s’absorbeixen en els primers metres de la columna i l´escalfen creant-se així un gradient tèrmic entre l´aigua més superficial (més calenta) i l’aigua més profunda (més freda). A més, segons la latitud l´angle d´incidència varia amb la qual cosa hi ha una diferencia tèrmica considerable entre les aigües equatorials (més calentes i menys denses) i les aigües polars (molt més fredes i més denses).

Salinitat i temperatura són doncs els motors dels corrents marins que redistribueixen a més de matèria, energia i calor a nivell global. La dinàmica d´aquests rius dins el mar es vital per als éssers vius i per a la distribució de les grans àrees climàtiques.

Aquest gradient tèrmic entre les capes d’aigua fa que al llarg de la primavera i especialment a l´estiu es formi en les nostres latituds una termoclina estacional molt ben constituïda. La termoclina és una zona amb una gradient tèrmic molt pronunciat que separa la massa superior d´aigua més calenta, de la capa inferior d´aigua més freda. Quan es comencen a escalfar les capes superficials d’aigua a la primavera es comença a formar la termoclina. A l´estiu, amb un increment de la temperatura en capes superiors, la termoclina queda molt ben definida. A la tardor, amb els temporals, aquesta capa es pot trencar i a l´hivern s´arriba a una situació de temperatura constant al llarg de tota la columna d’aigua i la termoclina desapareix.

Distribució de la temperatura en funció a la profunditat a la mar mediterrània. Noteu la diferència entre l´hivern i l´estiu. Il.lustració: Jordi Corbera Fonat: Mar al fons

En aigües mediterrànies a l´estiu, quan es forma la termoclina, en els primers 25 m de profunditat hi ha una diferència tèrmica d´aproximadament 20º C. En aigües superficials la temperatura es situa al voltant dels 22º C mentre que a 25 m de profunditat aquesta és aproximadament de 5 º C. A partir d´aquest punt la temperatura es manté constant al voltant dels 5 a 6 º C. En canvi, en els mesos d´hivern aquesta termoclina desapareix produint-se una situació de temperatura constant al llarg de tota la columna d´aigua al voltant de 6º C

La formació de la termoclina suposa una barrera entre les masses d’aigua situades a immediatament a sobre, més calentes i per tant menys denses i a sota, menys calentes i per tant més denses que pot afectar a la concentració de diversos paràmetres com ara, la concentració d´oxigen, la disponibilitat de nutrients, la sedimentació de les partícules orgàniques o les restes metabòliques i la penetració de la llum al llarg de la columna d´aigua. Tots aquests paràmetres afecten a la producció primària i contribueixen a la baixa productivitat de les aigües mediterrànies.

Anuncis

Oceanografia domèstica (I): salinitat

Malgrat que a primer cop d´ull l’aigua dels mars i oceans del planeta sembli idèntica, cadascun d´ells té unes característiques físiques que la fan única. Els oceanògrafs quan categoritzen les masses d´aigua es fixen bàsicament en dos paràmetres molt fàcils de mesurar, una mena de DNI d´aquesta aigua que els permet conèixer moltes característiques, la salinitat i la temperatura són aquestes dues magnituds.

Tant una com l´altre influeixen a un altre mesura, la densitat que és el que determina bona part de la circulació general de les masses d´aigua dels oceans i que té un paper cabdal en la regulació climàtica del planeta.

L´aigua de mar té una salinitat mitjana de 35 PSU (unitat pràctica de salinitat). Això vol dir que cada litre d´aigua de mar conté de mitjana 35 grams de sal dissolta. Aquesta quantitat de sal contribueix a donar a l´aigua més o menys densitat. La salinitat també afecta al seu punt de congelació que se situa de mitjana a uns pocs graus sota zero.

Variacions de salinitat en els mars i oceans del planeta.

A nivell general la salinitat és més elevada allà on l´evaporació domina, és a dir a les franges al voltant dels tròpics mentre que es més baixa on la precipitació i els aports d´aigua dolça són més importants, a la regió equatorial i a les àrees d´alta latitud.

Existeixen variacions en la salinitat entre un mar  i un altre. La salinitat depèn del balanç entre els aports d´aigües continentals i precipitacions que disminueixen aquest paràmetre i les pèrdues per evaporació, que tenen un efecte concentrador de la magnitud.

La mediterrània per les seves característiques geogràfiques, es troba per sobre de la mitjana amb una salinitat de 37 grams/litre. En aquest cas, existeixen lleugeres variacions entre la conca oriental bastant més salada que la conca occidental.

A la mediterrània, pel fet de ser un mar gairebé aïllat i amb una evaporació molt superior a les precipitacions i als aports fluvials, contribueix a concentrar la salinitat. Si no fos per l´intercanvi d´aigües que es produeix a nivell de l´estret de Gibraltar podríem concloure que s´acabaria assecat. A través de l´estret de Gibraltar l´aigua mediterrània (més salada i en conseqüència més densa) surt en profunditat mentre que l´aigua atlàntica (menys salada i més lleugera) entra en superfície. En aquest cas es parla que la circulació segueix el model d´estuari negatiu.

Intercanvi de masses d´aigua a nivell de l´estret de Gibraltar.

El Mar Roig, amb una superfície més petita i una evaporació més forta que la mediterrània té una salinitat de 45 grams per litre. El mar Mort, que en realitat és un llac, té la salinitat més elevada del planeta amb 350 grams per litre. A l´altre costat s´hi troba el Mar Bàltic que és un mar molt poc salat, la seva concentració en sal es de poc més de 15 grams per litre. En aquests cas l´evaporació és menor a les precipitacions i  les aportacions fluvials. Al Bàltic, la seva circulació respecte a la mediterrània és a l´inrevés i es comporta com un estuari positiu.

Es dona la paradoxa que els estuaris negatius, com la mediterrània, són conques de dilució mentre que els estuaris positius, com el Bàltic ho són de concentració. Aquest fet està molt relacionat amb la pèrdua o guany de nutrients i en la productivitat del mar.

Un altre factor que fa variar la densitat de les masses d´aigua és la temperatura. Això però és una altre històriademar.

Una qüestió de transparència

La transparència i el color són dos paràmetres oceanogràfics molt senzills de mesurar i que aporten molta informació als científics. De petits a l´escola ens explicaven allò de que l´aigua és un líquid incolor, inodor i insípid. Avui sabem, pel que fa a les propietats òptiques, que les aigües oceàniques tenen unes característiques pròpies que les permet identificar i diferenciar entre elles. Per exemple, les aigües mediterrànies no tenen res a veure a les seves veïnes aigües de l´Atlàntic o bé dins de la mateixa conca, les aigües més orientals i les aigües més occidentals són completament diferents.

En ser la transparència i el color unes característiques molt senzilles de mesurar fa que siguin molt adequades per a ser preses per persones alienes a les comunitats científiques. Així, aquests dos paràmetres òptics són adequadíssims per a projectes de ciència ciutadana . Sense la participació ciutadana, els estudis sobre la transparència i el color de l´aigua de mar resultarien molt costosos tant pel que fa als diners com al temps. Avui, amb la popularització dels smartphones, la connexió entre les dades preses pels ciutadans i l’anàlisi que en fa la comunitat científica es retroalimenta constantment i enriqueix mútuament ambdós.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

EL disc de Secchi és un senzill aparell que ens permet mesurar la transparència

La transparència ens indica la quantitat de partícules en suspensió que conté una columna d´aigua. Per a la mesura de la transparència és fa servir el disc de Secchi, un senzill aparell, fàcil de construir i encara més senzill d´utilitzar. Les mesures s´obtenen submergint el disc en l´aigua i mesurant la profunditat a la qual deixa de ser observat des de la superfície. Aquesta profunditat, també anomenada profunditat de Secchi, a més del valor numèric del mateix ens dona una complexa informació sobre la productivitat del lloc on es fan les mesures.

La profunditat de Secchi es troba influenciada per la quantitat de fitoplàncton que presenta la columna d´aigua. Així, quan més fitoplàncton hi ha en suspensió en la columna d´aigua, menor serà la mesura de la profunditat de Secchi. El fitoplàncton és la base de la cadena alimentària marina i el seu coneixement sobre la seva distribució, abundància i estacionalitat es cabdal per a saber l´estat de salut dels nostres oceans.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

L´escala de Forel-Ule permet mesurar el color de l´aigua

Amb l´escalfament global degut al canvi climàtic, aquests organismes microscòpics del plàncton poden patir fortes fluctuacions que, amb la simple mesura de la profunditat de Secchi es poden quantificar. En aquest sentit, l´any 2013 va començar un projecte de ciència ciutadana anomenat Secchi. L´objectiu del mateix és la de crear una base de dades de llarga durada sobre les variacions que pateixen les poblacions de fitoplàncton arreu dels mars i oceans del món. A través d´una app per a smarthphone es poden enviar les mesures de la profunditat de Secchi juntament amb altres dades d’interès a la comunitat científica que està treballant aquest tema.

Per a mesurar el color de l´aigua de mar es fa servir l´escala de Forel-Ule, una mena de “pantone” de colors que es compara amb el color real de l´aigua. En aquest cas l’inconvenient per a ser incorporat en projectes col.laboratius rau en poder tenir a l´abast del públic l´escala de colors. Per aquesta raó s´ha desenvolupat una altra aplicació de mòbil que permet conèixer el color de l´aigua i comparar-lo amb l´escala de colors de manera molt senzilla. En aquest sentit, també s´està desenvolupant un software que, a partir de les fotografies preses i enviades a través d´un smartphone, se’n fa un anàlisi per a determinar el color de l´aigua segons aquesta escala.

Margalef: 10 anys recordant el mestre

“La intel•lectualitat no ha assimilat la inserció molt fonda de l’home dins la natura. Dir que l’home no està relacionat amb la resta de la vida sembla que sigui una mena de defensa. Això és una dificultat bàsica per entrar a fons en els problemes ecològics. Els problemes més urgents, com la relació entre economia i ecologia, l’esdevenidor del planeta, es veuen d’una manera esbiaixada. L’ecologia no s’acaba d’assimilar com una ciència, sinó com una mena de catàleg de conducta” (Ramon Margalef 1919-2004)

Aquests dies es commemora el 10 è aniversari del traspàs de Ramon Margalef, un dels científics de més prestigi del nostre país i que va donar a l’ecologia l´impuls necessari per a ser considerada una part fonamental de les ciències de la naturalesa. Margalef va ser un referent per a tota una generació de científics i de naturalistes aprenents, el seu punt de vista sobre la comprensió de la natura va crear escola i avui encara molts “beuen” del seu llegat. La seva visió de la biosfera era del tot interdisciplinària i relacionava aspectes aparentment deslligats per fer de les parts tot un.

10 anysEn els meus anys d’estudiant vaig tenir el goig de ser alumne de Margalef. El pla d’estudis de la llicenciatura en biologia incloïa l’assignatura d’ecologia i, evidentment vaig triar el grup on ell impartia classe. Les sessions eren a les vuit del matí, cosa que per a un estudiant de comarques que es movia amb RENFE feia que hagués de matinar molt. Malgrat l’horari, us puc assegurar que no em vaig perdre cap classe en tot el curs. Recordo també el seu manual, un llibre “de capçalera” que em va acompanyar durant molts anys i que avui encara, rellegeixo de tant en tant.

llibre
Guardo un molt bon record del to de les seves classes amb aquella fina ironia i aquell sentit de l´humor que han fet que la seva talla humana sigui tant excepcional com ho va ser el seu pensament científic.

margalef2El currículum de Ramon Margalef és brutal. Va iniciar-se en l´Institut Botànic de Barcelona i un cop acabat el doctorat va treballar al ”Instituto d´Investigaciones pesqueras”, avui Institut de Ciències del Mar, que va presidir entre el 1965 i el 1967. Més tard, ja a la Universitat de Barcelona , va ser el primer catedràtic d’ecologia del nostre país, càrrec que va mantenir fins a la seva jubilació al 1987, malgrat que va continuar treballant al departament d’ecologia com a catedràtic emèrit fins poques setmanes abans de la seva mort.

Es autor de més de 400 articles científiques i llibres. A partir d’aquestes publicacions va anar agafant prestigi internacional i la seva tasca és reconeguda arreu.