17.1: Olas
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Los parámetros importantes de una onda son la longitud de onda (la distancia horizontal entre dos crestas o dos valles), la amplitud (la distancia vertical entre un canal y una cresta) y la velocidad de la ola (la velocidad a la que las crestas de las olas se mueven a través del agua ) (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Los tamaños y velocidades típicos de las olas en situaciones en las que han tenido el tiempo suficiente para desarrollarse completamente se resumen en la Tabla 17.1. En una situación en la que la búsqueda es corta (digamos 19 km en un lago) y el viento solo es moderado (19 km/h), las olas se desarrollarán completamente dentro de las 2 horas, pero seguirán siendo bastante pequeñas (amplitud promedio alrededor de 27 cm, longitud de onda 8.5 m). En un gran cuerpo de agua (el océano o un lago muy grande) con una captura de 139 km y vientos de 37 km/h, las olas se desarrollarán de lleno en 10 horas; la amplitud promedio rondará los 1.5 m y la longitud de onda promedio alrededor de 34 m. En océano abierto, con vientos fuertes (92 km/h) que soplan por lo menos 69 horas, las olas tendrán un promedio de casi 15 m de altura y sus longitudes de onda superarán los 200 m. Las olas pequeñas (amplitudes por debajo de un metro) tienden a tener pendientes relativamente poco profundas (la amplitud es de 3% a 4% de la longitud de onda), mientras que las olas más grandes (amplitudes superiores a 10 m) tienen pendientes mucho más pronunciadas (la amplitud es de 6% a 7% de la longitud de onda). En otras palabras, no sólo las olas grandes son más grandes que las pequeñas, también son generalmente más del doble de empinadas, y por lo tanto muchas veces más impresionantes y potencialmente peligrosas. Es importante reconocer, sin embargo, que las amplitudes disminuyen con la distancia del área donde se generaron las olas. Las olas en nuestra costa que son generadas por una tormenta cerca de Japón tendrán longitudes de onda similares pero amplitudes más bajas que las generadas por una tormenta comparable justo en alta mar.
| Velocidad del viento (kilómetros por hora) | Fetch (kilómetros) | Duración (horas) | Amplitud (metros) | Longitud de onda (metros) | Periodo de Onda (segundos) | Velocidad de las olas (metros por segundo) | Velocidad de las olas (kilómetros por hora) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 19 | 19 | 2 | 0.27 | 8.5 | 3.0 | 2.8 | 10.2 |
| 37 | 139 | 10 | 1.5 | 33.8 | 5.7 | 5.9 | 19.5 |
| 56 | 518 | 23 | 4.1 | 76.5 | 8.6 | 8.9 | 32.0 |
| 74 | 1,313 | 42 | 8.5 | 136 | 11.4 | 11.9 | 42.9 |
| 92 | 2,627 | 69 | 14.8 | 212 | 14.3 | 14.8 | 53.4 |
Esta tabla muestra las amplitudes y longitudes de onda típicas de las olas generadas bajo diferentes condiciones de viento. La pendiente de una onda se puede determinar a partir de estos números y se relaciona con la relación: amplitud/longitud de onda.
- Calcula estas proporciones para las ondas mostradas. El primero está hecho por ti.
- ¿Cómo cambiarían estas proporciones al aumentar la distancia del viento que producía las olas?
| Amplitud (metros) | Longitud de onda (metros) | Relación (amplitud dividida por longitud de onda) |
|---|---|---|
| 0.27 | 8.5 | 0.03 |
| 1.5 | 33.8 | |
| 4.1 | 76.5 | |
| 8.5 | 136 | |
| 14.8 | 212 |
Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 17.1 respuestas.
Las olas relativamente pequeñas se mueven hasta unos 10 km/h y llegan a una orilla aproximadamente una vez cada 3 segundos. Las olas muy grandes se mueven aproximadamente cinco veces más rápido (más de 50 km/h), pero debido a que sus longitudes de onda son mucho más largas, llegan con menos frecuencia, aproximadamente una vez cada 14 segundos.
A medida que una ola se mueve a través de la superficie del agua, el agua misma en su mayoría solo se mueve hacia arriba y hacia abajo y solo se mueve una pequeña cantidad en la dirección del movimiento de las olas. Al suceder esto, un punto en la superficie del agua describe un círculo con un diámetro que es igual a la amplitud de onda (Figura\(\PageIndex{2}\)). Este movimiento también se transmite al agua debajo, y el agua es perturbada por una ola a una profundidad de aproximadamente la mitad de la longitud de onda. El movimiento de las olas se ilustra con bastante claridad en el sitio de Wikipedia “Onda de viento”. Si miras cuidadosamente esa animación, y te enfocas en los pequeños puntos blancos en el agua, deberías poder ver cómo la cantidad que se mueven disminuye con la profundidad.
La profundidad de media longitud de onda de perturbación del agua debajo de una ola se conoce como la base de olas. Dado que las olas del océano rara vez tienen longitudes de onda mayores a 200 m, y el océano abierto tiene varios miles de metros de profundidad, la base de olas normalmente no interactúa con el fondo del océano. Sin embargo, a medida que las olas se acercan a las aguas mucho menos profundas cercanas a la orilla, comienzan a “sentir” el fondo, y se ven afectadas por esa interacción (Figura\(\PageIndex{3}\)). Las “órbitas” de onda son aplanadas y ralentizadas por el arrastre, y las implicaciones son que la amplitud de onda (altura) aumenta y la longitud de onda disminuye (las ondas se vuelven mucho más pronunciadas). El resultado final de esto es que las olas se inclinan hacia adelante, y eventualmente se rompen (Figura\(\PageIndex{4}\)).
Las olas normalmente se acercan a la orilla en ángulo, y esto significa que una parte de la ola siente el fondo antes que el resto de ella, por lo que la parte que siente el fondo primero se ralentiza primero. Este proceso se ilustra en la Figura\(\PageIndex{5}\), que se basa en una fotografía aérea que muestra olas reales acercándose a Long Beach en la isla de Vancouver. Cuando se tomó la foto, las olas (con crestas mostradas como líneas blancas en el diagrama) se acercaban en un ángulo de aproximadamente 20° con respecto a la playa. Las olas llegaron por primera vez a la orilla en el extremo sur (“a” en la imagen). A medida que se trasladaban a aguas poco profundas se ralentizaban, y como las partes de las olas que aún estaban en aguas profundas (“b” en la imagen) no se ralentizaban, pudieron ponerse al día, y así las olas se volvieron más paralelas a la playa.
En aguas abiertas, estas olas tenían longitudes de onda cercanas a los 100 m. En las aguas poco profundas más cercanas a la costa, las longitudes de onda disminuyeron a alrededor de 50 m, y en algunos casos, incluso menos.
A pesar de que se doblan y se vuelven casi paralelas a la orilla, la mayoría de las olas aún llegan a la orilla en un ángulo pequeño, y a medida que cada una llega, empuja el agua a lo largo de la orilla, creando lo que se conoce como una corriente longshore dentro de la zona de surf (las áreas donde las olas están rompiendo) (Figura \(\PageIndex{6}\)).
Una serie de olas (líneas discontinuas) se aproximan a la costa en el mapa que se muestra aquí. La ubicación del contorno de profundidad que es equivalente a 1/2 de la longitud de onda se muestra como una línea discontinua roja.
- Dibuja en las siguientes varias olas, mostrando cómo cambiarán sus patrones a medida que se acerquen a las aguas poco profundas y a la orilla.
- Mostrar, con flechas, la dirección de la corriente longshore resultante.
Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 17.2 respuestas.
Otro efecto importante de que las olas lleguen a la orilla en ángulo es que cuando llegan a la playa, lo hacen en ángulo, pero cuando esa misma ola de agua fluye de nuevo por la playa, se mueve recto por la ladera de la playa (Figura\(\PageIndex{8}\)). El agua que se mueve hacia arriba, conocida como el swash, empuja las partículas de sedimentos a lo largo de la playa, mientras que el agua que se mueve hacia abajo, el retrolavado, las devuelve directamente. Con cada ola que se lava arriba y luego baja por la playa, las partículas de sedimento se mueven a lo largo de la playa en un patrón en zigzag.
Los efectos combinados del transporte de sedimentos dentro de la zona de olas por la corriente de larga costa y el movimiento de sedimentos a lo largo de la playa por swash y retrolavado se conoce como deriva de longshore. La deriva costera mueve una enorme cantidad de sedimentos a lo largo de las costas (tanto océanos como grandes lagos) alrededor del mundo, y es responsable de crear una variedad de características deposicionales que discutiremos en la sección 17.3.
Una corriente de ruptura es otro tipo de corriente que se desarrolla en el área cercana a la costa, y tiene el efecto de devolver el agua que ha sido empujada hacia arriba a la orilla por las olas entrantes. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{9}\), las corrientes de ruptura fluyen directamente desde la costa y son alimentadas por las corrientes de larga costa. Mueren rápidamente a las afueras de la zona de surf, pero pueden ser peligrosos para los nadadores que quedan atrapados en ellos. Si parte de una playa no tiene una fuerte corriente de longshore unidireccional, las corrientes de ruptura pueden ser alimentadas por corrientes longshore que van en ambas direcciones.
Las corrientes de ruptura son visibles en Figura\(\PageIndex{10}\), una playa en Tunquen en Chile cerca de Valparaíso. Como se desprende de la foto, las rasgaduras corresponden con embalses en el perfil de playa. Tres de ellos están indicados con flechas, pero parece que puede haber varios otros más a lo largo de la playa.
Las mareas están relacionadas con olas de longitud de onda muy larga pero de baja amplitud en la superficie oceánica (y en mucho menor medida en lagos muy grandes) que son causadas por variaciones en los efectos gravitacionales del Sol y la Luna. Las amplitudes de las mareas en las zonas costeras varían drásticamente de un lugar a otro. En la costa oeste de Canadá, el rango de mareas es relativamente alto, en algunas zonas hasta 6 m, mientras que en la mayor parte de la costa este el rango es menor, típicamente alrededor de 2 m. Una excepción importante es la Bahía de Fundy entre Nueva Escocia y Nuevo Brunswick, donde el rango diario puede ser tan grande como 16 m. Mareas anómalas como que están relacionados con la forma y tamaño de bahías y ensenadas, lo que puede mejorar significativamente la amplitud de la marejada. La Bahía de Fundy tiene un ciclo de oscilación natural de 12.5 horas, y que coincide con la frecuencia de subida y caída de las mareas en el océano Atlántico adyacente. La bahía de Ungava, en la costa norte de Quebec, tiene un rango de marea igualmente alto.
A medida que las mareas suben y bajan empujan y tiran un gran volumen de agua dentro y fuera de bahías y ensenadas y alrededor de las islas. No tienen un impacto tan significativo en la erosión y deposición costera como lo hacen las olas de viento, pero tienen una influencia importante en la formación de rasgos dentro de la zona intermareal, como veremos en los siguientes tramos.
Atribuciones de medios
- Figuras 17.1.1, 17.1.2, 17.1.3, 17.1.6, 17.1.7, 17.1.8, 17.1.9: © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{10}\): “Tunquen Chile” de Cecilia y Randy Lascody. Dominio p ublic.
- Tabla de Steven Earle a partir de datos en: es.wikipedia.org/wiki/Wind_wave]