10.2: Olas en el Mar

La mayoría de las olas del océano son generadas por el viento. El viento que sopla a través de la superficie del agua crea pequeñas perturbaciones llamadas ondas capilares, u ondas que parten de brisas suaves (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las ondas capilares tienen una cresta redondeada con un canal en forma de V, y longitudes de onda menores a 1.7 cm. Estas pequeñas ondas le dan al viento algo a lo que “agarrarse” para generar olas más grandes cuando la energía eólica aumenta, y una vez que la longitud de onda supera los 1.7 cm, la onda pasa de una onda capilar a una ola de viento. A medida que se producen las olas, se oponen a una fuerza restauradora que intenta devolver el agua a su condición de calma y equilibrio. La fuerza restauradora de las pequeñas ondas capilares es la tensión superficial, pero para las ondas más grandes generadas por el viento, la gravedad se convierte en la fuerza restauradora.

Figura\(\PageIndex{1}\) Pequeñas ondas capilares u ondas causadas por vientos que soplan sobre la superficie de aguas tranquilas (Por Blue Elf (Obra propia) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) o CC BY-SA 3.0], vía Wikimedia Commons).

A medida que aumenta la energía del viento, también lo hace el tamaño, longitud y velocidad de las olas resultantes. Hay tres factores importantes que determinan cuánta energía se transfiere del viento a las olas y, por lo tanto, qué tan grandes serán las olas:

• Velocidad del viento.
• La duración del viento, o cuánto tiempo sopla el viento continuamente sobre el agua.
• La distancia sobre la que sopla el viento a través del agua en la misma dirección, también conocida como el fetch.

Al aumentar cualquiera de estos factores se incrementa la energía de las olas de viento, y por lo tanto su tamaño y velocidad. Pero hay un límite superior de cuán grandes pueden llegar a ser las olas generadas por el viento. A medida que aumenta la energía eólica, las olas reciben más energía y se hacen más grandes y más pronunciadas (recuerda de la sección 10.1 que la pendiente de las olas = altura/longitud de onda). Cuando la altura de onda excede 1/7 de la longitud de onda, la onda se vuelve inestable y colapsa, formando whitecaps. Bajo fuertes condiciones de viento, la superficie del océano se convierte en una mezcla irregular de olas entrecortadas generadas por el viento en blanco. El término estado del mar describe el tamaño y extensión de las olas generadas por el viento en un área particular. Cuando las olas están en su tamaño máximo para la velocidad del viento, la duración y la búsqueda existentes, se le conoce como un mar completamente desarrollado. El estado del mar a menudo se reporta en la escala Beaufort, que van desde 0-12, donde 0 significa condiciones tranquilas, sin viento y sin olas, mientras que Beaufort 12 es un huracán (ver cuadro a continuación).

La Escala Beaufort

La escala Beaufort se utiliza para describir las condiciones del viento y el estado del mar en el océano. Se trata de una escala observacional basada en el juicio del observador, más que una dictada por mediciones precisas de la altura de ola. Beaufort 0 representa condiciones tranquilas, planas, mientras que Beaufort 12 representa un huracán.

(Imágenes del Servicio Meteorológico Nacional de Estados Unidos (http://www.crh.noaa.gov/mkx/marinefcst.php) [Dominio público], vía Wikimedia Commons).

Un mar completamente desarrollado a menudo ocurre bajo condiciones tormentosas, donde los fuertes vientos crean un patrón caótico y aleatorio de olas y capas blancas de diferentes tamaños. Las olas se propagarán hacia afuera desde el centro de la tormenta, impulsadas por los fuertes vientos. Sin embargo, a medida que la tormenta disminuye y los vientos se debilitan, estos mares irregulares se clasificarán en patrones más ordenados. Recordemos que las olas de mar abierto suelen ser olas de aguas profundas, y su velocidad dependerá de su longitud de onda (sección 10.1). A medida que las olas se alejan del centro de la tormenta, se ordenan según la velocidad, con ondas de longitud de onda más largas que viajan más rápido que las ondas de longitud de onda Esto significa que eventualmente todas las olas en un área particular viajarán con la misma longitud de onda, creando olas regulares de largo período llamadas oleaje (Figura\(\PageIndex{2}\)). Experimentamos oleaje como la lentitud hacia arriba y hacia abajo o el movimiento de balanceo que sentimos en un bote, o con la llegada regular de olas a la orilla. El oleaje puede recorrer distancias muy largas sin perder mucha energía, por lo que podemos observar grandes oleadas llegando a la orilla incluso donde no hay viento local; las olas fueron producidas por una tormenta lejos de la costa, y fueron clasificadas en oleaje a medida que viajaban hacia la costa.

Figura\(\PageIndex{2}\) Oleaje oceánico, el patrón regular de olas de igual longitud de onda (Phillip Cpper [CC BY 2.0], vía Wikimedia Commons).

Debido a que el oleaje recorre distancias tan largas, eventualmente las olas que vienen de diferentes direcciones se toparán entre sí, y cuando lo hacen crean patrones de interferencia. El patrón de interferencia se crea agregando las características de las ondas juntas, y el tipo de interferencia que se crea depende de cómo interactúan las ondas entre sí (Figura\(\PageIndex{3}\)). La interferencia constructiva ocurre cuando las dos ondas están completamente en fase; la cresta de una ola se conforma exactamente con la cresta de la otra, al igual que los canales de las dos olas. Agregar las dos crestas juntas crea una cresta que es más alta que en cualquiera de las ondas fuente, y agregar los canales crea un canal más profundo que en las olas originales. El resultado de la interferencia constructiva es, por lo tanto, crear ondas que son más grandes que las ondas fuente originales. En la interferencia destructiva, las ondas interactúan completamente fuera de fase, donde la cresta de una onda se alinea con el canal de la otra onda. En este caso, la cresta y el canal trabajan para cancelarse entre sí, creando una onda que es más pequeña que cualquiera de las ondas fuente. En realidad, es raro encontrar una interferencia constructiva o destructiva perfecta como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\). La mayor parte de la interferencia por oleadas en el mar es interferencia mixta, que contiene una mezcla de interferencia constructiva y destructiva. Las olas interactuantes no tienen la misma longitud de onda, por lo que algunos puntos muestran interferencia constructiva, y algunos puntos muestran interferencia destructiva, en diversos grados. Esto da como resultado un patrón irregular de olas pequeñas y grandes, llamado latido de surf.

Es importante señalar que estos patrones de interferencia son sólo perturbaciones temporales, y no afectan las propiedades de las ondas fuente. Las olas móviles interactúan y crean interferencia donde se encuentran, pero cada ola continúa sin verse afectada después de que las olas se pasan entre sí.

Figura Patrones\(\PageIndex{3}\) de interferencia de onda. En la interferencia constructiva las ondas fuente (rojas) están completamente en fase, y cuando se suman producen ondas que son más grandes que las ondas originales (azules). En la interferencia destructiva las ondas fuente están desfasadas, por lo que se cancelan entre sí y producen ondas que son más pequeñas que las originales. En la interferencia mixta, las interferencias constructivas y destructivas ocurren en varios puntos, creando un patrón de onda irregular. (Modificado por PW de la versión original: Haade; vectorización: Wjh31, Quibik (Vecorizado de Archivo:Interferencia de dos waves.png) [CC BY-SA 3.0 o GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], vía Wikimedia Commons).

Alrededor de la mitad de las olas en mar abierto tienen menos de 2 m de altura, y solo 10-15% superan los 6 m, pero el océano puede producir algunas olas extremadamente grandes. La ola de viento más grande medida de manera confiable en el mar ocurrió en el Océano Pacífico en 1935, y fue medida por el buque cisterna de la marina USS Ramapo. ¡Su tripulación medía una ola de 34 m o unos 112 pies de altura! Ocasionalmente, la interferencia constructiva producirá olas que son excepcionalmente grandes, incluso cuando todas las olas circundantes son de altura normal. Estas ondas aleatorias, grandes, se llaman ondas deshonestas (Figura\(\PageIndex{4}\)). Una onda pícara generalmente se define como una ola que tiene al menos el doble del tamaño de la altura significativa de ola, que es la altura promedio del tercio más alto de las olas en la región. No es raro que las olas pícaras alcancen alturas de 20 m o más.

Figura\(\PageIndex{4}\) Una ola pícara en el Golfo de Vizcaya, frente a la costa francesa, ca. 1940 (NOAA, [Dominio público], vía Wikimedia Commons).

Las olas pícaras son particularmente comunes frente a la costa sureste de Sudáfrica, una región conocida como la “costa salvaje”. Aquí, las olas de tormenta antártica se mueven hacia el norte hacia la Corriente Agulhas que se aproxima, y la energía de las olas se enfoca sobre un área estrecha, lo que lleva a una interferencia constructiva Esta área puede ser responsable de hundir más barcos que en cualquier otro lugar de la Tierra. En promedio alrededor de 100 barcos se pierden cada año en todo el mundo, y muchas de estas pérdidas probablemente se deben a olas deshonestas.

Las olas en el Océano Austral son generalmente bastante grandes (las áreas rojas en la Figura\(\PageIndex{2}\)) debido a los fuertes vientos y la falta de masas terrestres, que proporcionan a los vientos una búsqueda muy larga, lo que les permite soplar sin obstáculos sobre el océano por distancias muy largas. Estas latitudes se han denominado los “Forties Roaring Forties”, “Furious Fifties” y “Screaming Sixties” debido a los fuertes vientos.

Figura Datos de velocidad\(\PageIndex{5}\) del viento y altura de ola para un periodo de 9 días en 1992. El Océano Austral es conocido por sus fuertes vientos y grandes olas (NASA, Dominio Público vía Wikimedia Commons).