Una picnoclina es la clina o capa donde el gradiente de densidad (∂ ρ/∂ z) es mayor dentro de una masa de agua. Una corriente oceánica es generada por fuerzas como las olas rompientes, las diferencias de temperatura y salinidad, el viento, el efecto Coriolis y las mareas causadas por la atracción gravitacional de la Luna y el Sol. Además, las propiedades físicas de una picnoclina impulsada por gradientes de densidad también afectan los flujos y los perfiles verticales en el océano. Estos cambios pueden estar relacionados con el transporte de calor, sal y nutrientes a través del océano, y la difusión de la picnoclina controla la surgencia. [1]
Debajo de la capa de mezcla, un gradiente de densidad estable (o picnoclina) separa el agua superior e inferior, lo que dificulta el transporte vertical. [2] Esta separación tiene importantes efectos biológicos sobre el océano y los organismos vivos marinos. Sin embargo, la mezcla vertical a través de una picnoclina es un fenómeno regular en los océanos y ocurre a través de turbulencias producidas por cizalladuras . [3] Esta mezcla juega un papel clave en el transporte de nutrientes. [4]
Función física
La mezcla turbulenta producida por los vientos y las olas transfiere el calor hacia abajo desde la superficie. En latitudes bajas y medias, esto crea una capa de agua mezclada en la superficie de temperatura casi uniforme que puede tener desde unos pocos metros hasta varios cientos de metros de profundidad. Por debajo de esta capa mixta, a profundidades de 200 a 300 m en mar abierto, la temperatura comienza a descender rápidamente hasta unos 1000 m. La capa de agua dentro de la cual el gradiente de temperatura es más pronunciado se conoce como termoclina permanente . [5] La diferencia de temperatura a través de esta capa puede ser tan grande como 20 ℃, dependiendo de la latitud. La termoclina permanente coincide con un cambio en la densidad del agua entre las aguas superficiales más cálidas y de baja densidad y las aguas de fondo densas y frías subyacentes. La región de cambio rápido de densidad se conoce como picnoclina y actúa como barrera para la circulación vertical del agua; por lo tanto, también afecta la distribución vertical de ciertos productos químicos que juegan un papel en la biología de los mares. Los pronunciados gradientes de temperatura y densidad también pueden actuar como una restricción a los movimientos verticales de los animales. [6]
Función biológica
La tasa de crecimiento del fitoplancton está controlada por la concentración de nutrientes y la regeneración de nutrientes en el mar es una parte muy importante de la interacción entre los niveles tróficos más altos y más bajos . La separación debida a la formación de picnoclinas impide el suministro de nutrientes de la capa inferior a la capa superior. Los flujos de nutrientes a través de la picnoclina son menores que en otras capas superficiales. [7]
Bucle microbiano
El circuito microbiano es una vía trófica en la red alimentaria microbiana marina. El término "bucle microbiano" fue acuñado por Azam et al. (1983) para describir el papel que juegan los microbios en los ciclos de carbono y nutrientes del ecosistema marino , donde el carbono orgánico disuelto (DOC) se devuelve a niveles tróficos más altos a través de la incorporación a la biomasa bacteriana, y también se acopla con la cadena alimentaria clásica formada por el fitoplancton . zooplancton - nekton .
Al final de la floración del fitoplancton, cuando las algas entran en una etapa senescente, hay una acumulación de fitodetritos y una mayor liberación de metabolitos disueltos. Es particularmente en este momento cuando las bacterias pueden utilizar estas fuentes de energía para multiplicarse y producir un pulso agudo (o florecimiento) que sigue al florecimiento del fitoplancton. La misma relación entre el fitoplancton y las bacterias influye en la distribución vertical del bacterioplancton. El número máximo de bacterias generalmente ocurre en la picnoclina, donde el fitodetrito se acumula al hundirse desde la zona eufótica suprayacente . Allí, la descomposición por bacterias contribuye a la formación de capas mínimas de oxígeno en aguas estables. [8]
Migración vertical Diel
Uno de los rasgos de comportamiento más característicos del plancton es una migración vertical que ocurre con una periodicidad de 24 horas. Esto a menudo se ha denominado migración vertical diurna o diurna . La distancia vertical recorrida durante 24 horas varía, siendo generalmente mayor entre especies más grandes y mejores nadadores. Pero incluso los copépodos pequeños pueden migrar varios cientos de metros dos veces en un período de 24 horas, y los nadadores más fuertes como los eufáusidos y los camarones pelágicos pueden viajar 800 mo más. [9] El rango de profundidad de la migración puede ser inhibido por la presencia de una termoclina o picnoclina. Sin embargo, el fitoplancton y el zooplancton capaces de realizar una migración vertical a menudo se concentran en la picnoclina. [10] Además, aquellos organismos marinos con habilidades de natación a través de termoclina o picnoclina pueden experimentar fuertes gradientes de temperatura y densidad, así como cambios considerables de presión durante la migración.
Estabilidad
Las picnoclinas se vuelven inestables cuando su número de Richardson cae por debajo de 0,25. El número de Richardson es un valor adimensional que expresa la relación entre el potencial y la energía cinética. Esta relación cae por debajo de 0,25 cuando la velocidad de corte excede la estratificación. Esto puede producir inestabilidad de Kelvin-Helmholtz , lo que resulta en una turbulencia que conduce a la mezcla. [11]
Los cambios en la profundidad o las propiedades de la picnoclina se pueden simular a partir de algunos modelos de programas de computadora. El enfoque simple para esos modelos es examinar el modelo de bombeo de Ekman basado en el modelo de circulación general del océano (OCGM). [12]
Tipos de clines
- Thermoclina : una clina basada en la diferencia de temperatura del agua ,
- Quimioclina : una clina basada en la diferencia en la química del agua ,
- Haloclina : una clina basada en la diferencia en la salinidad del agua .
- Lutocline : una clina basada en la diferencia en la turbidez del agua .
Ver también
- Isopycnal
- Oceanografía
- Capas delgadas (oceanografía)
Notas
- ^ 1. Anand Gnanadesikan. 1999. Un modelo predictivo simple para la estructura de la picnoclina oceánica. Science 283 (5410): 2077–2079.
- ^ 2 Mann y Lazier (2006). Dinámica de los ecosistemas marinos. 3ª edición. Publicación de Blackwell. Capítulo 3.
- ^ Mezcla turbulenta en fluidos estratificados, Revisión anual de mecánica de fluidos (1991)
- ^ Mezcla vertical y transportes a través de una capa de corte estratificada, Journal of Physical Oceanography (2001)
- ^ 3. Knauss, John A. (1997). Introducción a la Oceanografía Física. 2ª edición, Prentice-Hall. Capítulo 1
- ^ 4. Lalli y Parson (1993). Oceanografía biológica: una introducción. Prensa de pérgamo. Capitulo 2.
- ^ 5. Hales, B., Hebert, D. y Marra, J. 2009. Suministro turbulento de nutrientes al fitoplancton en el frente de rotura de la plataforma de Nueva Inglaterra. Revista de Investigaciones Geofísicas. Vol. 114, C05010, doi : 10.1029 / 2008JC005011 .
- ^ 6. Lalli y Parson (1993). Oceanografía biológica: una introducción. Prensa de pérgamo. Capítulo 5.
- ^ 7. Lalli y Parson (1993). Oceanografía biológica: una introducción. Prensa de pérgamo. Capítulo 4.
- ^ 8. Hill, AE 1998. Migración vertical de Diel en flujos de marea estratificados: Implicaciones para la dispersión del plancton. Revista de Investigación Marina , Vol 56, págs. 1069-1096.
- ^ Estratificación de densidad, turbulencia, pero ¿cuánta mezcla? Revisión anual de mecánica de fluidos (2008)
- ^ 10. Capotondi, A., Alexander, MA, Deser, C. y Miller, A. 2004. Variabilidad de picnoclina de baja frecuencia en el Pacífico nororiental. Sociedad Meteorológica Estadounidense. Vol. 35, págs. 1403-1420.
Referencias
- Anand Gnanadesikan. 1999. Un modelo predictivo simple para la estructura de la picnoclina oceánica. Science 283 (5410): 2077–2079.
- Mann y Lazier (2006). Dinámica de los ecosistemas marinos. 3ª edición. Publicación de Blackwell. Capítulo 3.
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- Hales, B., Hebert, D. y Marra, J. 2009. Suministro turbulento de nutrientes al fitoplancton en el frente de rotura de la plataforma de Nueva Inglaterra. Revista de Investigaciones Geofísicas. Vol. 114, C05010, doi : 10.1029 / 2008JC005011 .
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- Hill, AE 1998. Migración vertical de Diel en flujos de marea estratificados: Implicaciones para la dispersión del plancton. Journal of Marine Research , vol. 56, págs. 1069–1096.
- Talley, Lynne D., Pickard, George L., Emery, William J. y Swift, James H. Oceanografía física descriptiva: una introducción. Sexto
- Capotondi, A., Alexander, MA, Deser, C. y Miller, A. 2004. Variabilidad de picnoclina de baja frecuencia en el Pacífico nororiental. Sociedad Meteorológica Estadounidense. Vol. 35, págs. 1403-1420.