Grupo mediterráneo de Cambio Climático del Instituto Español de Oceanografía

 

 

 

 

 

ACTIVIDAD Nº 4: La densidad del agua de mar.

 

 

Los materiales necesarios para esta experiencia son muy sencillos.

a) Un recipiente de plástico o un material similar que sea transparente.

b) Tres globos de colores.

c) Sal. Un congelador para enfriar el agua.

Los pasos a seguir son:

1) Llena el recipiente de agua.

2) Llena el globo blanco con la misma agua (del grifo) con la que has llenado el recipiente.

3) Pon una botella de agua en el congelador. Ten cuidado de no llenarla completamente, ya que al congelarse el agua, la botella podría romperse (te recomendamos que uses una botella de plástico). Cuando el agua esté prácticamente congelada, llena el globo azul con el agua de esta botella.

4) En medio litro de agua pon unas tres o cuatro cucharillas de sal bien llenas (usa cucharillas de café). Con este agua llena el globo verde.

5) Ahora pon en el recipiente los tres globos. Es muy importante que el agua fría de la botella esté prácticamente congelada y que pongas el globo en el recipiente inmediatamente después de llenarlo, ya que al tratarse de un globo pequeño se calentará muy pronto.

 

¿Qué ocurrirá?

Pues lo que ves en la figura 2 de arriba. El globo blanco flota, mientras que los globos azul y verde se hunden.

Lo que estás viendo nos es más que el efecto de la temperatura y la salinidad sobre la densidad del agua:

El agua fría (globo azul) y el agua salada (globo verde) son más densas. Esto también ocurre en la naturaleza. En invierno, el agua que está en la superficie del mar se enfría y se vuelve más densa, y se hunde igual que lo ha hecho el globo azul. También el agua que está en la superficie del mar, en algunas partes del planeta, sufre los efectos de la evaporación y se vuelve más salada. Así se hace también más densa y se hunde como el globo verde.

 

 

ACTIVIDAD Nº 5: El experimento de Marsigli.

Con esta experiencia verás por tí mismo cómo la diferencia de densidad del agua del mar produce la circulación termohalina.

 

El resultado es que los polos reciben muy poca energía en verano y nada en invierno. Un poco más abajo (lo correcto sería decir en latitudes algo más bajas) llega más energía en verano que en invierno, mientras que en latitudes mucho más bajas llega mucha energía durante todo el año. El resultado es que cuanto más nos acercamos a los polos, el clima es más frío.

Pero en realidad el clima de los polos no es tan duro como debería ser. Es decir, nuestro planeta tiene mecanismos para enviar parte de esa energía que reciben los trópicos y las zonas ecuatoriales hacia los polos suavizando un poco el clima de estas regiones. ¿Sabes quién se encarga de realizar este trabajo?

La atmósfera y.............. ¡los océanos!

 

Los océanos forman una máquina gigantesca, del tamaño de todo el planeta, que se encarga de bombear agua caliente hacia los polos. Ese agua calienta el aire de la atmósfera en las latitudes polares, o al menos hace que las temperaturas no sean tan bajas. Como el agua cede calor al aire, el aire se calienta, pero el agua se enfría. Una vez que se ha enfriado, el agua se hunde y viaja de nuevo hacia latitudes cálidas, a través del fondo de los mares para "ir en busca de más calor que transportar hacia los polos". Esta máquina está funcionando sin cesar y es importantísima en el clima de nuestro planeta. Recibe el nombre de circulación termohalina. Fíjate en la figura de abajo y te harás una idea de cómo funciona.

 

En las figuras de abajo te mostramos lo que ocurre con el paso de las estaciones. La inclinación con que nos llegan los rayos del Sol va cambiando. En la figura de la izquierda nos encontramos en verano en el hemisferio norte (recuerda que cuando es verano en el hemisferio norte, es invierno en el sur). Ésta es la estación en la que los rayos nos llegan más verticales y por tanto nos transmiten una mayor cantidad de energía. Pero no debes pensar que aunque sea verano en todo el hemisferio norte, a todas partes llega la misma cantidad de calor. En el polo norte (muñeco nº 1), aun en verano los rayos llegan muy horizontales y calientan poco, mientras que en latitudes más bajas (muñecos nº 2 y 3) los rayos llegan casi verticales en verano, y en esta estación del año hará más calor. Esto cambia al llegar el invierno como te mostramos abajo en la figura de la derecha. En esta estación en el hemisferio norte (en ese momento será verano en el hemisferio sur), los rayos del Sol están por debajo del horizonte en el polo norte, es decir, siempre es de noche y no llega nada de energía del Sol, y en latitudes más bajas (muñecos nº 2 y 3) los rayos están muy inclinados, transmitiendo menos calor, por lo que hace más frío.

 

Cuando hablamos del clima de cualquier parte del planeta, ya sea en alguno de los continentes o en los océanos, debemos conocer cuáles son esas condiciones climáticas a lo largo de todo el año, ya que éstas varían con el paso de las estaciones. Pero además este paso continuo de las estaciones del año es muy distinto según la latitud. En la figura de abajo te ilustramos este concepto.

 

 

 

 

 

 

 

Sobre estas líneas a modo de ejemplo te mostramos cómo es la temperatura en el Mar de Alborán durante el mes de Mayo. El Mar de Alborán es la parte del Mediterráneo que se extiende entre el Estrecho de Gibraltar y Almería, y desde España hasta Marruecos. Fíjate que cada color indica una temperatura distinta, y a pesar de las corrientes, las olas, etc., hay zonas muy cálidas (colores rojos), y otras donde la temperatura es mucho más fría. Igual que se aprecian estos contrastes en un mar tan pequeño, cada parte de los océanos del planeta tiene sus propias características de temperatura, salinidad, oleaje, etc. Piensa también que lo que te mostramos son los valores medios del mes de Mayo, pero cada mes del año tiene distintas temperaturas. Las medidas utilizadas para calcular estas temperaturas medias del mar se han realizado con instrumentos que se encuentran en satélites articifiales.........

¡a 800 km de la Tierra!

 

Los océanos juegan un papel importantísimo en el clima de nuestro planeta. Cuando piensas en el tiempo atmosférico, en seguida piensas en las lluvias o en si hará frío o calor. Ya te hemos explicado que el tiempo atmosférico es el estado en el que se encuentra la atmósfera en un lugar y en un momento concreto.

Lo que no te imaginas es que el estado del mar también cambia continuamente, y también se puede hablar del tiempo que hace en el mar. Lo que ocurre es que si la temperatura del aire es fría, tú lo sientes, si llueve te mojas, y si hace mucho viento te resultará molesto e incluso peligroso. El mar también tiene una temperatura que cambia continuamente, lo que ocurre es que salvo en verano cuando te bañas en la playa, tú no lo percibes. Su salinidad, que es la cantidad de gramos de sal que hay en un kilogramo de agua (aproximadamente un litro), también varía, pero esto no lo aprecian tus órganos de los sentidos. O las corrientes, salvo cuando hay fuerte oleaje y se forman corrientes cerca de la costa, no las notarás, todo lo contrario que el viento que lo percibes en cuanto sales de casa. Fíjate si es parecido, que igual que los meteorólogos son capaces de predecir la tempertura, las precipitaciones o la dirección y la intensidad del viento para los próximos días, también hoy día los oceanógrafos, que son los científicos que estudian los mares, son capaces de hacer predicciones de cómo será el oleaje, la dirección de las corrientes, la temperatura del mar, etc. Podría decirse que igual que hay un hombre del tiempo, ya hay hombres y mujeres del "tiempo marino", aunque no salgan en los telediarios de televisión.

 

 

Lo primero que debemos saber es que los rayos del Sol no calientan igual dependiendo de la inclinación con la que llegen a la superficie de la tierra o del mar. Por ejemplo, los rayos que caen verticalmente, como el que apunta a la cabeza del muñeco de la figura, transmiten toda su energía, y calentarán mucho. Esto es lo que sucede, más o menos, a medio día, y por eso hace más calor.

Por el contrario, al atardecer, el Sol está muy bajo en el horizonte y los rayos del Sol calientan muy poco.

Si el Sol está por debajo del horizonte, como se indica con el rayo de color rojo, entonces no recibimos nada de energía del Sol. Esto es lo que ocurre durante las horas de la noche, pero también es lo que ocurre durante todo el día cuando es invierno en los polos de la Tierra.

 

 

El concepto fundmental es tan simple como que los objetos más pesados se hunden, y los menos pesados flotan. En el caso del agua lo correcto es decir agua más o menos densa. Para hablar con propiedad de densidad piensa en dos volúmenes iguales de agua. Por ejemplo, un litro de agua. Si un agua, ocupando un litro pesa 1 kg (no es muy correcto, deberíamos decir que tiene una masa de 1 kg), y otra agua, ocupando el mismo volumen, o sea, un litro también, pesa 1,029 kg (tiene una masa de 1, 029 kg), está claro que la segunda pesa más, decimos que es más densa.

¿Qué puede hacer que el agua del mar sea más o menos densa?

1) La temperatura: El agua es más densa, más pesada, cuanto más fría esté.

2) La salinidad. Ya sabes que el agua del mar tiene sal. El agua con sal es más densa que el agua dulce, por eso, por ejemplo, flotas mejor en el mar que en la piscina.

Cuando el agua se enfría cerca de los polos se hace más pesada y por eso se hunde. Al hundirse deja un espacio que viene a ocupar el agua de las latitudes cálidas, que es menos densa y por eso está en la superficie.

 

Los materiales para esta experiencia son muy sencillos y fáciles de conseguir:

 

1) Dos botellas de agua de litro y medio o dos litros.

2) Tubo de plástico flexible. Es muy importante que sea realmente blando, no rígido.

3) Dos pinzas de las que se usan para sujetar folios.

 

En primer lugar realiza dos agujeros en cada botella, uno en la parte superior y otro en la inferior. Es muy importante que en ambas botellas los agujeros se encuentren a la misma altura. Introduce los dos tubos de plástico por los agujeros, de modo que las dos botellas queden conectadas. Después de introducir los tubos, usa un poco de pegamento alrededor de de los orificios para asegurarte de que todo queda bien cerrado y que no se escapará el agua. Cierra los dos tubos con las pinzas como se muestra en la imagen de la derecha, de tal forma que no podrá pasar el agua. Por esto es importante que los tubos sean blandos y que las pinzas los puedan presionar fuertemente.

 

PRIMERA FASE.

En primer lugar, y con las pinzas puestas, llena las dos botellas con agua del grifo hasta el mismo nivel. Esto último es muy importante: El agua en ambas botellas debe estar nivelada. Como el agua es transparente no podrás ver si se mueve, así que, con ayuda de una jeringuilla (por ejemplo) pon unas gotas de tinta en una de las botellas. Puedes usar un tintero de los que se usan para recargar las plumas estilográficas. Debe quedar una situación como la de la figura de arriba. Lógicamente, en este momento no puede pasar el agua por los tubos, pues las pinzas cierran el paso.

A continuación quita las pinzas. ¿Qué crees que ocurrirá?

¡Pues nada!

Aunque solemos pensar que en el mar todo se mezcla, no es así. En las dos botellas tenemos el mismo agua del grifo (salvo por la tinta), pero lo realmente importante es que tienen la misma densidad, así que cada una permanece en su sitio. La imagen de la izquierda muestra la situación una vez hemos quitado las pinzas y hemos dejado transcurrir 10 minutos.

 

SEGUNDA FASE.

Llena una botella de agua y métela en el congelador. Déjala en el congelador suficiente tiempo, casi hasta que se congele, pero sólo casi, porque si no, no podrás hacer la experiencia. Nuevamente llena una de las botellas con este agua muy fría. Al llenar la botella deben estar puestas las pinzas para cerrar el paso del agua.

Ahora llena la otra botella con agua del grifo, pero en esta ocasión enciende el calentador para que el agua sea lo más caliente posible. Para poder apreciar cualquier posible movimiento, pon un poco de tinta en una de las botellas. Nosotros hemos puesto tinta en la botella del agua fría, la cual es la situada a la izquierda de la imagen.

Fíjate en la secuencia de imágenes para ver lo que ocurre:

 

En cuanto quitas las pinzas el agua fría (oscura por la tinta) empieza a salir por el tubo de plástico hacia la botella de agua caliente. Además, en cuanto entra en la botella del agua caliente se hunde y se va al fondo como puedes ver en las imágenes 2, 3, 4 y 5 de la secuencia de arriba.

Lo que ocurre es que el agua fría es más densa que el agua caliente, es decir, si tenemos el mismo volumen de las dos aguas (por eso es importante que llenes las dos botellas hasta el mismo nivel), el agua fría pesa más. Así que el agua que está en el fondo de la botella fría (con tinta), cerca del tubo de plástico de abajo soporta un mayor peso y trata de escapar hacia donde el peso es más ligero. Fíjate que es lo mismo que cuando aprietas un tubo de pasta de dientes. La pasta trata de escapar por donde la presión es menor, en ese caso, el agujero de salida. Lo correcto es decir que el agua se mueve hacia donde la presión es menor.

El agua caliente también se mueve, pero en sentido opuesto, es decir, de la botella clara hacia la oscura, pero lo hace a través del tubo superior. Como este agua no está coloreada no lo verás al principio, pero al cabo de un tiempo observarás que el agua de la botella oscura empieza a aclararse en su parte superior (imagen 7 y 8). Este agua caliente queda en la parte superior de la botella fría, ya que se trata de agua menos densa que el agua fría, y por eso queda por encima de ella.

Como te dijimos antes, el otro factor que aumenta la densidad del agua del mar es la salinidad. De hecho también se puede producir este mismo proceso cuando hay dos aguas con distintas salinidades, como ocurre en el Mediterráneo.

Prueba a repetir esta experiencia pero en este caso en lugar de usar agua caliente y agua fría, usa agua dulce (del grifo) y agua salada. Puedes conseguir agua salada, con salinidad similar a la del Mediterráneo añadiendo sal al agua del grifo. Debes añadir unas 7 cucharillas de las del café (bien llenas) a un litro y medio de agua. Repite la experiencia y verás como el agua salada fluye a través del tubo inferior, mientras que el agua dulce fluye por el superior.