La circulación del agua de los estuarios está controlada por la afluencia de los ríos , las mareas , la lluvia y la evaporación , el viento y otros eventos oceánicos como una afloramiento , un remolino y tormentas . Los patrones de circulación del agua de los estuarios están influenciados por la mezcla vertical y la estratificación , y pueden afectar el tiempo de residencia y el tiempo de exposición.
Tiempo de residencia
El tiempo de residencia del agua es una variable clave que determina la salud de un estuario , particularmente debido al estrés inducido por el hombre. El lavado rápido asegura que no haya tiempo suficiente para la acumulación de sedimentos o el agotamiento del oxígeno disuelto en el estuario; por lo tanto, un estuario bien lavado es intrínsecamente más robusto que un estuario mal lavado. [1] El tiempo de residencia también afecta otros parámetros como metales pesados , nutrientes disueltos , sólidos en suspensión y floraciones de algas que pueden afectar la salud de los estuarios. [2]
Una forma sencilla de calcular el tiempo de residencia es utilizar un modelo de estuario clásico simple, que puede ser útil para adquirir una comprensión conceptual de un estuario, pero es tosco en tiempo y espacio. Un estuario clásico tiene los siguientes componentes: 1) entrada de agua dulce con una descarga Q f y una salinidad S f (generalmente S f = 0 ); 2) afluencia oceánica con una descarga Q in y salinidad S 0 ; y 3) salida al océano con una descarga de Q out y una salinidad S 1 . La entrada y salida de agua es igual porque se conserva la masa. La sal también se conserva, por lo tanto, los flujos de entrada y salida de salinidad también son iguales. Si se ignoran las entradas de agua subterránea y la evaporación, la ecuación de continuidad es:
- Q en S 0 + Q f S f = Q fuera S 1
El tiempo de residencia T es el volumen de agua dentro del estuario (Vol) dividido por el caudal del río: [1]
- T = (Vol / Q f ) (1 - S 1 / S 0 - S f / S 0 )
Tiempo de exposición
El tiempo de residencia considera el tiempo que tardan las partículas de agua en salir del estuario; sin embargo, algunas partículas de agua que salen del estuario durante una marea baja pueden volver a ingresar al sistema durante una marea de inundación. La cantidad de tiempo que una partícula de agua pasa en el estuario hasta que nunca regresa se llama tiempo de exposición . El tiempo de exposición puede ser mucho mayor que el tiempo de residencia si las partículas de agua se van con el reflujo y regresan con el aumento de la marea. La relación entre el número de partículas de agua que regresan al estuario y el número de partículas de agua que salen se conoce como coeficiente de retorno , r .
Para cuantificar el tiempo de exposición, se debe determinar la circulación del agua fuera del estuario. Sin embargo, la circulación cerca de la desembocadura del estuario es compleja debido a los procesos de mezcla de mareas que ocurren entre el estuario y las aguas del océano. Si la costa es accidentada con promontorios, se producirá un mosaico de campos de flujo complejos que consisten en remolinos , chorros y zonas de estancamiento, lo que complicará aún más los patrones de circulación fuera del estuario. [1]
En los casos que involucran deltas o humedales que desembocan en múltiples arroyos de marea, como Missionary Bay, Australia , el agua que sale de un arroyo en la marea baja puede ingresar a otro estuario durante la marea de inundación. [3] Cuando hay una serie de estuarios involucrados, se producirá un tiempo de exposición mayor (mayor que el de los estuarios individuales) si el flujo de salida de la marea de un estuario vuelve a entrar en un estuario diferente durante la marea de inundación. Sin embargo, a lo largo de una costa escarpada con promontorios, la mezcla de estuario y aguas oceánicas puede ser intensa. Cuando el agua del estuario sale del estuario, se descarga a las aguas costeras, por lo que el tiempo de exposición y el tiempo de residencia son casi iguales. [4]
En algunos casos, es posible medir los flujos de volumen, sal y temperatura a través de la desembocadura de un estuario a través de un ciclo de mareas . Con estos datos, se puede calcular (1- r ) ( r es el coeficiente de retorno): es igual a la fracción del volumen de agua V TP (volumen medio del prisma de marea) que sale del estuario durante el reflujo que se reemplaza con aguas costeras antes de reingresar al sistema. Cuando r = 1 , la misma agua vuelve a entrar en el estuario, y si r = 0 , el agua del estuario que ha salido del estuario durante la marea baja ha sido reemplazada por aguas costeras que entran en el estuario durante la marea creciente. [1] El tiempo de exposición τ ' se estima mediante:
- τ ' = V marea T del estuario / (1- r ) V TP
El estuario V se define como el volumen medio del estuario y la marea T es el período de las mareas. [5]
Los flujos totales de agua salobre a través de la desembocadura del río durante los eventos de marea suelen ser mucho más altos (a menudo en un factor de 10 a 100) que el flujo de volumen del flujo de entrada fluvial. Por lo tanto, si las mediciones no son precisas, la estimación del flujo neto no será confiable. Las mediciones directas del coeficiente de retorno a menudo se complican por eventos oceánicos inestables como surgencia, el paso de un remolino o tormentas, por lo que el éxito de una medición directa correcta del coeficiente de retorno es raro. [1]
Mezcla y estratificación vertical
El tiempo de residencia del agua en un estuario depende de la circulación dentro del estuario que se ve impulsada por las diferencias de densidad debidas a los cambios en la salinidad y la temperatura. El agua dulce menos densa flota sobre el agua salina y el agua más caliente flota sobre el agua más fría (temperaturas superiores a 4 ° C). Como resultado, las aguas cercanas a la superficie y cercanas al fondo pueden tener diferentes trayectorias, lo que resulta en diferentes tiempos de residencia.
La mezcla vertical determina cuánto cambiarán la salinidad y la temperatura de arriba hacia abajo, afectando profundamente la circulación del agua. La mezcla vertical ocurre en tres niveles: desde la superficie hacia abajo por las fuerzas del viento, el fondo hacia arriba por la turbulencia generada en los límites (mezcla de los límites estuarinos y oceánicos) e internamente por la mezcla turbulenta causada por las corrientes de agua que son impulsadas por las mareas, el viento y afluencia del río. [1]
Diferentes tipos de circulación estuarina resultan de la mezcla vertical:
Estuario de la cuña de sal
Estos estuarios se caracterizan por una fuerte interfaz de densidad entre la capa superior de agua dulce y la capa inferior de agua salina . El agua del río domina en este sistema y los efectos de las mareas tienen un pequeño papel en los patrones de circulación. El agua dulce flota sobre el agua de mar y se adelgaza gradualmente a medida que avanza hacia el mar. El agua de mar más densa se mueve a lo largo del fondo del estuario formando una capa en forma de cuña y se vuelve más delgada a medida que avanza hacia la tierra. A medida que se desarrolla una diferencia de velocidad entre las dos capas, las fuerzas de corte generan ondas internas en la interfaz, mezclando el agua de mar hacia arriba con el agua dulce. [6] Un ejemplo es el estuario de Mississippi .
Estuario parcialmente estratificado
A medida que aumenta el forzamiento de las mareas, el control del flujo del río sobre el patrón de circulación en el estuario se vuelve menos dominante. La mezcla turbulenta inducida por la corriente crea una condición de estratificación moderada. Los remolinos turbulentos mezclan la columna de agua, creando una transferencia de masa de agua dulce y agua de mar en ambas direcciones a través del límite de densidad. Por lo tanto, la interfaz que separa las masas de agua superior e inferior se reemplaza por una columna de agua con un aumento gradual de la salinidad desde la superficie hasta el fondo. Sin embargo, todavía existe un flujo de dos capas, con el gradiente de salinidad máximo a media profundidad. Los estuarios parcialmente estratificados son típicamente poco profundos y anchos, con una relación ancho / profundidad mayor que los estuarios de cuña de sal. [6] Un ejemplo es el Támesis .
Estuario verticalmente homogéneo
En estos estuarios, el flujo de las mareas es mayor en relación con la descarga del río, lo que resulta en una columna de agua bien mezclada y la desaparición del gradiente de salinidad vertical. El límite de agua dulce-agua de mar se elimina debido a la intensa mezcla turbulenta y los efectos de remolinos. La relación ancho / profundidad de los estuarios verticalmente homogéneos es grande, con la profundidad limitada que crea suficiente cizallamiento vertical en el lecho marino para mezclar la columna de agua por completo. Si las corrientes de marea en la desembocadura de un estuario son lo suficientemente fuertes como para crear una mezcla turbulenta, a menudo se desarrollan condiciones verticalmente homogéneas. [6]
Fiordos
Los fiordos son ejemplos de estuarios muy estratificados; son cuencas con antepecho y tienen un aporte de agua dulce que supera con creces la evaporación. El agua oceánica se importa en una capa intermedia y se mezcla con el agua dulce. El agua salobre resultante se exporta luego a la capa superficial. Una lenta importación de agua de mar puede fluir sobre el alféizar y hundirse hasta el fondo del fiordo (capa profunda), donde el agua permanece estancada hasta que una tormenta ocasional la arrastra. [1]
Estuario inverso
Los estuarios inversos ocurren en climas secos donde la evaporación excede en gran medida la afluencia de agua dulce. Se forma una zona de máxima salinidad, y tanto el agua fluvial como la oceánica fluyen cerca de la superficie hacia esta zona. [7] Esta agua se empuja hacia abajo y se esparce a lo largo del fondo tanto hacia el mar como hacia la tierra. La salinidad máxima puede alcanzar valores extremadamente altos y el tiempo de residencia puede ser de varios meses. En estos sistemas, la zona de máxima salinidad actúa como un tapón, inhibiendo la mezcla de aguas estuarinas y oceánicas para que el agua dulce no llegue al océano. El agua de alta salinidad se hunde hacia el mar y sale del estuario. [8] [9]
Referencias
- ↑ a b c d e f g Wolanski, E. (2007) "Ecohidrología de estuarios". Amsterdam, Países Bajos: Elsevier. ISBN 978-0-444-53066-0
- ^ Balls, BW (1994) "Insumos de nutrientes a los estuarios de nueve ríos de la costa este de Escocia: influencia de los procesos estuarinos en los insumos al Mar del Norte". Estuarine, Coastal and Shelf Science, 39, 329-352.
- ^ Wolanski, E., Jones, M., Bunt, JS (1980). "Hidrodinámica de un sistema de pantanos de manglares y arroyos de marea", Australian Journal Marine Freshwater Research 31, 431-450.
- ^ Wolanski, E. Ridd, P. (1990). "Captura y mezcla costera en Australia tropical". pp. 165-183 en Cheng, RT (ed.), Corrientes a largo plazo y circulación residual en estuarios y mares costeros. Springer-Verlag, Nueva York.
- ^ MacDonald, DG (2006). "Estimación de una relación de mezcla e intercambio de estuarios a partir de datos de límites con aplicación a Mt. Hope Bay". Estuarine, Coastal and Shelf Science 70, 326-322.
- ^ a b c Kennish, MJ (1986) "Ecología de los estuarios. Volumen I: Aspectos físicos y químicos". Boca Ratón, FL: CRC Press, Inc. ISBN 0-8493-5892-2
- ^ Wolanski, E. (1986). "Una zona máxima de salinidad impulsada por la evaporación en los estuarios tropicales australianos" Estuarine, Coastal and Shelf Science 22, 415-424.
- ^ Nunes, RA, Lennon, GW (1986)> "Distribuciones de propiedad física y tendencias estacionales en el Golfo de Spencer, Australia del Sur: un estuario inverso". Revista australiana de investigación marina y de agua dulce 37, 39-53.
- ↑ deCastro, M., Gomez-Gesteira, M., Alvarez, I., Prego, R. (2004). "Circulación estuarina negativa en la Ría de Pontevedra". Estuarine, Coastal and Shelf Science 60, 301-312.