Históricamente, el océano ha sido difícil de modelar. En años pasados, los científicos tuvieron dificultades para simular las corrientes oceánicas o predecir con precisión las fluctuaciones en la temperatura, la salinidad y otras propiedades. Como resultado, los modelos de la dinámica oceánica rápidamente se iban apartando de la realidad, lo que significaba que solo podían proporcionar información útil durante períodos breves.
En 1999, un proyecto llamado Estimación de la Circulación y el Clima del Océano (ECCO, por sus siglas en inglés) cambió todo eso. Al aplicar las leyes de la física a los datos de diferentes satélites y miles de sensores flotantes, científicos de la NASA y sus colaboradores construyeron ECCO para convertirlo en un modelo realista, detallado y continuo del océano que abarca décadas. ECCO permitió miles de descubrimientos científicos y fue presentado durante el anuncio del Premio Nobel de Física en 2021.
El proyecto ECCO de la NASA es un poderoso integrador de décadas de datos del océano, que narra la historia de los cambiantes océanos de la Tierra a medida que estos impulsan nuestras condiciones atmosféricas y sustentan la vida marina.
El proyecto ECCO contiene cientos de millones de mediciones reales de temperatura, salinidad, concentración de hielo marino (banquisa), presión, altura del agua y flujo de los océanos del mundo. Los investigadores confían en los resultados de este modelo para estudiar la dinámica de los océanos y controlar las condiciones que son cruciales para los ecosistemas y los patrones meteorológicos. Este esfuerzo de modelado cuenta con el apoyo de los programas de ciencias de la Tierra de la NASA y del consorcio internacional ECCO, el cual incluye a investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California y ocho universidades e instituciones de investigación.
El proyecto proporciona modelos que son la mejor reconstrucción posible de los últimos 30 años de los océanos globales. Así, nos permite comprender los procesos físicos del océano a escalas que normalmente no son observables.
ECCO y las corrientes limítrofes occidentales
Los patrones de viento a gran escala en todo el mundo arrastran consigo las aguas superficiales del océano, creando corrientes complejas, incluyendo algunas que fluyen hacia los lados occidentales de las cuencas oceánicas. Las corrientes abrazan las costas orientales de los continentes mientras se dirigen hacia el norte o el sur desde el ecuador: estas son las corrientes limítrofes occidentales. Las tres más destacadas son la corriente del Golfo, la corriente de las Agulhas (agujas, en portugués) y la de Kuroshio.
Los navegantes han conocido la corriente del Golfo —la corriente limítrofe occidental del océano Atlántico— desde hace más de 500 años. Por el volumen de agua que desplaza, la corriente del Golfo es la más grande de las corrientes limítrofes occidentales y transporta más agua que todos los ríos del planeta combinados.
En 1785, Benjamín Franklin lo agregó a las cartas de navegación mostrando que la corriente fluía desde el golfo, e iba a lo largo de la costa este de Estados Unidos y a través del Atlántico Norte. Franklin señaló que viajar a favor de la corriente podría mejorar el tiempo de viaje de un barco en dirección de las Américas a Europa, mientras que evitar esta corriente podría acortar los tiempos de viaje al navegar de regreso.
Las cartas de navegación de Franklin mostraban una suave corriente del Golfo en lugar de la trayectoria retorcida y arremolinada que revelan los datos de ECCO. Y Franklin no podría haber imaginado la existencia del flujo opuesto de agua que va por debajo de la corriente del Golfo. Esta contracorriente fluye a profundidades de unos 600 metros (2.000 pies) como un río frío de agua que es más o menos lo opuesto a la cálida corriente del Golfo de la superficie. La contracorriente submarina es claramente visible cuando se eliminan las capas superiores en las visualizaciones del modelo ECCO.
La corriente del Golfo es parte de la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico (AMOC, por sus siglas en inglés), que modera el clima en todo el mundo mediante el transporte de aguas superficiales cálidas hacia el norte y corrientes submarinas frías hacia el sur. La corriente del Golfo, en particular, estabiliza las temperaturas del sureste de Estados Unidos, manteniendo la región más cálida en invierno y más fría en verano de lo que sería sin la corriente. Después de que la corriente del Golfo cruza el Atlántico, también atempera los climas de Inglaterra y la costa europea.
La corriente de las Agulhas fluye hacia el sur a lo largo del lado occidental del océano Índico. Cuando llega al extremo sur de África, desprende remolinos de agua llamados anillos de las Agulhas. Estos anillos, a veces persistentes durante años, viajan por la superficie a través del Atlántico hacia América del Sur, transportando pequeños peces, larvas y otros microorganismos que provienen del océano Índico.
Los investigadores que utilizan el modelo ECCO pueden estudiar el flujo de la corriente de las Agulhas a medida que lleva agua cálida y salada desde los trópicos en el océano Índico hacia la punta de Sudáfrica. El modelo ayuda a desentrañar las complicadas dinámicas que crean los anillos de las Agulhas y la gran corriente rotativa, o supergiro, conocida como la corriente circumpolar antártica que da vueltas alrededor de la Antártida. El supergiro del hemisferio sur une las porciones australes de otras corrientes rotativas (giros) más pequeñas de las corrientes que circulan en los océanos Atlántico, Pacífico e Índico del sur. Junto con los giros en el Atlántico norte y el Pacífico, los giros del sur y el supergiro del hemisferio sur influyen en el clima a la vez que transportan carbono alrededor del mundo.
Además de afectar los patrones meteorológicos y las temperaturas globales, las corrientes limítrofes occidentales pueden impulsar flujos verticales de agua en los océanos conocidos como afloramientos. Estos flujos llevan los nutrientes desde las profundidades hasta la superficie, donde actúan como fertilizante para el fitoplancton, las algas y las plantas acuáticas.
La corriente de Kuroshio que fluye en el lado oeste del océano Pacífico y a lo largo del lado este de Japón se ha asociado recientemente con los afloramientos que enriquecen las aguas pesqueras de estas costas. Los mecanismos específicos que causan los flujos verticales no están del todo claros. Los científicos oceánicos ahora recurren a ECCO para descubrir la conexión que existe entre el transporte de nutrientes y corrientes como la de Kuroshio, la cual podría quedar al descubierto con los estudios de la temperatura, la densidad, la presión y otros factores del agua incluidos en el modelo ECCO.
Seguimiento de las temperaturas y la salinidad del océano
Cuando se ven a través de la lente de los datos de temperatura de ECCO, las corrientes limítrofes occidentales transportan el agua cálida lejos de los trópicos y hacia los polos. En el caso de la corriente del Golfo, a medida que la corriente se mueve hacia latitudes más septentrionales, parte del agua salada se congela y se convierte en banquisa sin sal. El agua más salada que queda se hunde y luego fluye hacia el sur hasta la Antártida antes de subir y calentarse en otras cuencas oceánicas.
Las corrientes también llevan nutrientes y sal a través de las cuencas oceánicas de la Tierra. Los vórtices arremolinados de los anillos de las Agulhas se destacan en los mapas de temperatura y salinidad de ECCO a medida que transportan agua cálida y salada desde el océano Índico hasta el Atlántico.
Experimentación con ECCO
ECCO ofrece a los investigadores una forma de llevar a cabo experimentos virtuales que serían poco prácticos o demasiado costosos de realizar en los océanos reales. Algunas de las aplicaciones más importantes del modelo ECCO se encuentran en la ecología, la biología y la química oceánicas. Debido a que el modelo muestra de dónde proviene el agua y hacia dónde va, los investigadores pueden ver cómo las corrientes transportan calor, minerales, nutrientes y organismos por todo el planeta.
En décadas anteriores, por ejemplo, los científicos oceánicos se basaron en extensas mediciones de la temperatura y la salinidad mediante sensores flotantes para deducir que la corriente del Golfo está compuesta principalmente de agua que fluye más allá del golfo en lugar de fluir a través de él. Estos estudios demoraban mucho tiempo y eran costosos. Con el modelo ECCO, los visualizadores de datos en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, replicaron virtualmente la investigación en una simulación que era mucho más rápida y barata.
El ejemplo que se ilustra aquí está basado en ECCO para hacer seguimiento del flujo de agua. En la simulación, se llenó virtualmente el golfo con 115.000 partículas y se las dejó desplazarse durante un año en el modelo. La demostración comprobó que menos del uno por ciento de las partículas escapan de este cuerpo de agua para unirse a la corriente del Golfo.
La realización de tales experimentos de seguimiento de partículas dentro de los modelos de circulación oceánica ayuda a los científicos a comprender cómo y dónde pueden propagarse los contaminantes ambientales, como los derrames de petróleo.
Artículo redactado porJames Riordon, del equipo de noticias de Ciencias de la Tierra de la NASA. La información en este artículo proviene de los recursos (en inglés) listados aquí, y de entrevistas con las siguientes fuentes: Nadya Vinogradova Shiffer, Dimitris Menemenlis, Ian Fenty y Atousa Saberi.
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