Mareas

ASTRONOMÍA

MAREAS

DEFINICIONES DE MAREAS

• Es el fenómeno de variación de nivel

que presentan las grandes masas de agua que cubren parcialmente la Tierra, a causa de la acción combinada que ejercen sobre ellas la Luna y el Sol. • Son variaciones verticales de la superficie del mar causada por la interacción de los efectos de la Luna y el Sol.

LA LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL DE NEWTON • Las mareas son generados por una combinación de la gravedad y el movimiento de la Tierra, la Luna y el Sol.

• La Ley de la Gravitación de Newton

(1686) cada partícula de masa en el Universo atrae a todas las demás partículas de masa.

• La fuerza gravitatoria entre dos partículas es directamente proporcional al producto de las dos masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

• La fuerza generatriz de la Marea es la diferencia entre la fuerza gravitacional de la marea generatriz del objeto actuando sobre una masa en la superficie de la Tierra y la del centro de la Tierra - es proporcional a la distancia al cubo.

LA MAREA LUNAR Y LA MAREA SOLAR

• El Sol tiene 27 millones de veces más masa que la Luna. • Pero se ubica a 390 veces más lejos, lo que reduce la marea en 59 •

millones de veces. Por lo que la Marea solar es sólo el 46% de la Marea lunar.

DEFINICIONES DE MAREAS • Se define como la oscilación periódica del nivel

del mar que resulta de la atracción gravitacional de la Luna y el Sol que actúa sobre la Tierra en rotación. • Este movimiento vertical es acompañado por uno horizontal denominado “corriente de marea”, provocado por las mismas causas. Esta definición corresponde a lo que se conoce como ‘marea astronómica o predicha’. • Su carácter determinístico permite su predicción y la confección de tablas de marea (predicciones de pleamares y bajamares).

MAREA • Existen factores que modifican la marea astronómica,

alterando su forma y periodicidad, dificultando así su predicción. • Los principales son las condiciones meteorológicas, la topografía del fondo, los accidentes geográficos, los desagües de ríos, la fusión de los hielos y las variaciones de temperatura y salinidad. • Debido a esto, la marea observada se puede considerar compuesta fundamentalmente por la suma de tres términos: nivel medio, marea astronómica y onda de tormenta (efecto de la acción meteorológica sobre la marea). • Los fenómenos físicos que los producen son diferentes y sus representaciones espectrales en el dominio de la frecuencia permiten estudiarlos separadamente. Sin embargo, este hecho no implica que el efecto total esté dado por la suma de los individuales, ya que debido a los procesos no lineales que tienen lugar en aguas poco profundas, cada una de las partes componentes mencionadas puede interactuar dinámicamente con las demás.

MAREA • La variación de nivel se sucede

alternativamente en dos períodos; uno durante el cual el nivel sube, llamado flujo, marea montante o creciente, hasta alcanzar un nivel máximo que se designa con el nombre de pleamar o marea llena; y otro período durante el cual el nivel baja, al que se le distingue como el reflujo, marea descendente o bajante, hasta que alcanza un nivel mínimo llamado bajamar.

MAREAS • Los efectos lunares son más importantes

dado que los demás son de escaso valor e influencia. • Por interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna, la superficie terrestre sufre una deformación en sentido hacia la Luna y al mismo tiempo contrario a ella; este abultamiento hace subir el nivel de las aguas, y es conocido como “pleamar”, mientras que en otros lugares simultáneamente el nivel baja, y se le llama “bajamar”.

MAREAS • La fuerte atracción gravitatoria de la Luna sobre

el lado de la Tierra que varía con respecto al Sol, junto con el fuerte efecto centrífugo hacia el exterior generado por la rotación de la Tierra en el lado opuesto de la Tierra: – Causará que las aguas sobre la superficie de la Tierra se abulten en forma de Mareas Altas a ambos lados de la Tierra. • El mismo fenómeno se produce entre el Sol y la Tierra, pero en una escala mucho menor.

TIERRA

LUNA

Superficie del Océano

MAREAS • Debido a la rotación terrestre, se

producen a diario 2 pleamares alternadas con 2 bajamares. • Los mares cerrados manifiestan mucho más estos efectos que los abiertos, llegando en algunos puertos a producirse diferencias de hasta 12 metros entre la pleamar y la bajamar.

MAREAS

• Mientras en los puntos A y C se produce una

pleamar, simultáneamente en B y D hay bajamar. • La rotación terrestre producirá un movimiento alternativo de las mareas. • El Sol también produce efectos de mareas cuyos efectos se suman o restan de las lunares, según sea la elongación de la Luna

MAREAS VIVAS O DE SICIGIAS • El Sol suma su efecto al de la Luna, provocando las mayores

pleamares y las más bajas bajamares. Se producen en las fases Nueva y Llena, o sea cada 15 días. • Los efectos de mareas del Sol y la Luna actuando combinadas dos veces al mes, una vez cerca del momento de la Luna Nueva, cuando la Luna y el Sol están en el mismo lado de la Tierra, y de nuevo cerca del momento de la Luna Llena, cuando la Luna se encuentra en el lado opuesto de la Tierra desde el Sol. • Las Mareas en estos momentos son inusualmente altas o bajas dependiendo del sitio. Tierra

Luna Sol

Luna Nueva – Marea de Sicigias Luna

Tierra Sol

Luna Llena - Marea de Sicigias

MAREAS DE CUADRATURAS • El efecto del Sol y el de la Luna se restan en los Cuartos de Luna. Estas mareas se alternan con las mareas vivas. • Los efectos de mareas del Sol y la Luna se contrarrestan entre sí cuando la Luna está en cuadratura - el primer y tercer cuarto – en esos momentos la Luna se encuentra en ángulo recto con respecto a la línea Tierra–Sol. • En estos momentos, las pleamares son más bajas y las bajamares son más elevadas que lo normal.

LunaLuna en Cuarto Creciente – Marea de Cuadratur

Marea Lunar

Tierra Sol

Marea Solar

Luna en Cuarto Menguante – Marea de Cuadratur Luna

FUERZA GENERATRIZ DE LA MAREA • La fuerza gravitatoria de la Luna apunta • • • •

hacia el centro de la Luna, que no es la misma dirección de la fuerza centrípeta. La fuerza gravitatoria de la Luna es mayor que el fuerza centrípeta en el lado más cercano de la Tierra y menor en la parte alejada. La fuerza residual apunta hacia la Luna en el lado más cercano (mayor atracción) y hacia fuera en el lado lejano (menos atractivo) La fuerza residual tiene componente horizontal en los puntos que no están en la línea Tierra-Luna. La componente horizontal empuja el agua hacia las protuberancias en N y Z.

DÍA LUNAR

• El día Lunar es 50 minutos mayor que el día solar. • La Tierra rota en 24 horas, pero la Luna se mueve alrededor de •

la Tierra 12.2º a través de su órbita, lo que requiere unos 50 minutos extras de rotación para volver a encontrarse. Esto significa que la Marea Ideal debería producirse dos veces en cada día lunar (12 horas + 25 minutos)

CICLO DE LAS FASES DE LA LUNA • Llamado también “Revolución Sinódica”, “mes lunar” o “lunación”, tiene una duración de 29 días 12 horas 44 minutos. • La elongación es el ángulo formado entre cualquier astro y el Sol.

MAREA IDEAL • La •

• •

•

Marea Ideal tiene dos protuberancias en ambos lados opuestos de la Tierra a lo largo de la línea Tierra-Luna. Como la Tierra gira, un observador que no esté en los polos (donde la marea es cero) vería ocurrir dos pleamares (las protuberancias) y dos bajamares (a 90° de las protuberancias) por cada día. El máximo ocurre en el Ecuador. Las protuberancias actúan como grandes olas que viajan alrededor de la Tierra.

Alejamiento de lo ideal: • La alineación Tierra-Luna no forma 90° con el eje de rotación. Las Mareas reales son más • La Fricción. complejas porque la situación • El agua no tiene profundidad no es ideal, por lo que se uniforme. introducen más conceptos. • Los Continentes se encuentran en el camino.

INFLUENCIA DE LA DECLINACIÓN DE LA LUNA Y EL SOL Y DE LA PARALAJE DE LA LUNA Y EL SOL

• Hasta el momento no se ha

considerado que la Luna y el Sol no están siempre sobre el Ecuador Celeste y que sus distancias a la Tierra no permanecen constantes.

INFLUENCIA DE LA DECLINACIÓN • Hasta el momento no se ha considerado que la Luna y el Sol no están siempre sobre el Ecuador Celeste y que sus distancias a la Tierra no permanecen constantes. • La declinación de ambos astros varía entre: – Declinación de la Luna (de 28º N a 28º S) – Declinación del Sol (de 23,5º N a 23,5º S)

• Por lo que las amplitudes de marea son diferentes para el mismo lugar de la Tierra, dependiendo de las posiciones relativas de los astros. Además la pleamar es mayor para los sitios que tengan declinación del mismo signo que el de la Luna.

LAS MAREAS SOLAR Y LUNAR SE COMBINAN Marea de sicigias

Marea de cuadratura

Marea en posición intermedia

DECLINACIÓN SOLAR El eje de rotación de la Tierra está inclinado, pero permanece apuntando hacia mismo punto en el espacio (paralelo a sí mismo), por lo tanto la proyección del Sol sobre la Tierra cambia. • El Sol se proyecta sobre el Ecuador en los equinoccios (21 de marzo y 23 de setiembre). • El Sol se proyecta el máximo hacia el norte el 21 de junio y más al sur 22 de diciembre. • Esto significa que la protuberancia de la marea solar será máxima en diferentes latitudes en distintas fechas.

DECLINACIÓN LUNAR •La órbita de Luna está inclinada 5° con respecto a la órbita de la Tierra •Esto significa que la Luna también se desplaza en declinación. •La máxima Diferencia es 28,5º (la inclinación del eje de rotación de la Tierra 23,5° + 5° de la inclinación de la órbita lunar) •Este factor significa que la protuberancia de la marea lunar se moverá al N y S del Ecuador.

INFLUENCIA DE LA PARALAJE • La fuerza de atracción gravitatoria depende

del cuadrado de la distancia de los centros de gravedad de los astros considerados, es decir la atracción será mayor cuanto más cerca estén de la Tierra o sea cuando su paralaje sea mayor. • Siendo la variación de la Paralaje lunar mayor que la variación de la paralaje solar y los períodos de revolución de la Tierra y de la Luna se comprende que es mayor el efecto de la paralaje lunar en el fenómeno de las mareas.

APOGEO, PERIGEO, AFELIO Y PERIHELIO

•Las órbitas terrestre y lunar son elípticas, no circulares.

•Por tanto las mareas solar y

lunar son mayores cuando la Tierra está más cerca del Sol y cuando la Luna está más cerca de la Tierra y menores cuando más alejados están)

•El

punto de la órbita lunar donde la distancia a la Tierra es mínima se llama perigeo – se produce una vez por ciclo lunar.

•El

punto de la órbita donde la distancia Tierra es máxima se apogeo.

lunar a la llama

•El punto de la órbita terrestre donde la distancia al Sol es mínima se llama perihelio y el punto donde la distancia es máxima se llama afelio.

PRECESIÓN DE LA ÓRBITA LUNAR • El Plano de la órbita lunar (gris)

• • •

•

precede (se mueve alrededor) del centro de la Tierra en un período de 18,6 años (Período de Saros). El plano amarillo es el plano de la Tierra con respecto al Sol (Eclíptica). El plano azul es el Ecuador de la Tierra. ¿Qué significa es que los puntos del apogeo y del perigeo se muevan alrededor de la Tierra con el período de 18,6 años y qué el valor de la declinación cambia? Esto da otro conjunto de complicados factores para tener en cuenta para determinar la ubicación y la amplitud de la marea.

MAREA DE EQUILIBRIO PREVISTA

• Cuando se incluye el

efecto de la declinación lunar, la secuencia de la marea tendría este aspecto similar:

El Observador en 28° N ve la marea más alta a la 0 hora y la más baja pleamar las 12 h. Observador en el – El Ecuador ve dos pleamares casi iguales. – El Observador al sur del Ecuador ve la más alta marea a las 12 h. • El registro de la marea de San Francisco a la izquierda muestra las variaciones de marea durante el mes de junio de 1969. –

ONDAS DE MAREA • Al ser las mareas oscilaciones verticales periódicas de • • •

•

las masas líquidas de los mares, se propagan en ondas llamadas ondas de marea. La onda de marea es producida por la resultante de las fuerzas de atracción de la Luna y el Sol. Se puede suponer que la onda de marea lunar y la solar están formadas por una onda de marea semidiurna y por una onda de marea diurna. La onda de marea resultante en un lugar cualquiera de la Tierra puede considerarse compuesta por cuatro ondas de marea parciales: dos semidiurnas (lunar y solar) y dos diurnas (lunar y solar). La pleamar se producirá cuando la suma de estas ondas parciales alcance su valor máximo valor sobre el nivel medio del mar.

altura

ONDAS DE MAREA

tiempo Onda lunisolar diurna

Onda lunisolar semidiurna

Onda total

CLASIFICACIÓN DE LAS MAREAS • Debido a los diversos factores, hay tres diferentes tipos de mareas:

– Semi-diurna = dos pleamares + dos bajamares por día con casi amplitudes similares. – Diurna = una pleamar + una bajamar por día con casi amplitudes similares. – Mixta = Combinación de pleamares + bajamares de diferentes alturas (común).

PLANISFERIO CON LOS TIPOS DE MAREAS

NIVEL MEDIO DEL MAR • El Nivel Medio del Mar (MSL) se define como la media

aritmética de alturas registradas en un mareógrafo en forma horaria (o en un intervalo menor) obtenidas durante un período variable, pero siempre conteniendo ciclos completos de marea (por ejemplo, un mes, un año o diecinueve años). • De esta manera se logra eliminar la contribución de la marea en el cálculo del nivel medio. • También existen ciclos mayores de diecinueve años, por ejemplo el de precesión de los equinoccios de aproximadamente 20.942 años o el de inclinación del eje de la Tierra de alrededor de 41.000 años. Estos ciclos no son tenidos en cuenta para el cálculo de los niveles medios a partir de registros mareógraficos, pues las variaciones del nivel del mar que originan no son significativas frente a las provocadas por movimientos tectónicos y/o glaciaciones que se hayan producido en esos lapsos.

NIVEL MEDIO DEL MAR • El nivel medio del mar determinado por series de

•

•

18,67 años de observación (ciclos de los nodos de la Luna), corregidas por modelos de circulación, de influencia meteorológica y de tectónica de placas es una buena primera aproximación al geoide. En un sentido estricto, el geoide es la superficie de nivel del campo de gravedad terrestre que se aproxima al nivel medio del mar y su conocimiento es crucial para el desarrollo de trabajos geodésicos, geofísicos y oceanográficos. El nivel medio calculado a partir de una serie de alturas de marea de diecinueve años, sin efectuar esas correcciones, tendrá diferencias con el geoide que en los casos más desfavorables pueden exceder el metro.

PROBLEMA FUNDAMENTAL DE LA PREDICCIÓN DE LAS MAREAS TÉRMINOS PRINCIPALES REFERENTES A LAS MAREAS • Flujo: Movimiento ascendente de la Marea. • Reflujo: Movimiento descendente de la Marea. • Mareas vivas o de sicigia: Mareas de amplitud máxima. Se producen • • • • •

algunos días después de la Luna Nueva o Llena. Mareas muertas o de cuadratura: Mareas de amplitud mínima. Se producen algunos días después de los Cuartos. Retardo de la Marea: Es el intervalo entre el Paso de la Luna por el Meridiano Superior o Inferior y la Pleamar siguiente. Hora de la Pleamar: Hora correspondiente a la media entre el instante en que cesa el flujo y el instante en que se inicia el reflujo. Hora de la Bajamar: Hora correspondiente a la media entre el instante en que cesa el reflujo y el instante en que se inicia el flujo. Duración de la Marea Parada: Es el intervalo entre el instante en que cesa el flujo y el instante en que se comienza el reflujo.

ALTURAS DE MAREAS

•

Altura de la Bajamar

•

Altura de la Pleamar

•

Altura del Nivel Medio

•

instante, es la altura de la Marea sobre el Datum (Nivel de referencia de sonda o Dato de Sondaje). Cuando la Marea desciende por debajo del Datum es negativa. Altura de la Pleamar: Es la altura de la pleamar sobre el Datum. Altura de la Bajamar: Es la altura de la bajamar sobre el Datum. Altura del Nivel Medio del Mar: Es la Altura promedio de pleamares y bajamares sobre el Datum. Amplitud de Marea: Es la diferencia de alturas entre una pleamar y la bajamar siguiente.

Amplitud de Marea

• Altura de Marea: En cierto

Datum

Fondo marino

TÉRMINOS ASOCIADOS CON MAREAS

Nivel Medio de las Pleamares de Sicigias (MHWS)

Línea de Pleamar (HW) Nivel Medio de las Pleamares en Cuadraturas (MHWN)

Nivel del mar (en cualquier momento)

Nivel Medio de las Bajamares en Cuadratura (MLWN)

Zona intermareal

Nivel Medio del Mar (MSL)

Nivel Medio de las Bajamares de Sicigias (MLWS)

Línea de Bajamar (LW)

Nivel de reducción de sonda (CD)

Fondo marino

DATOS SOBRE LA REGIÓN • El Río de la Plata es un estuario muy extenso con orientación general NNW-SSE, formado por la confluencia de los ríos Paraná y Uruguay.

• El río Paraná, uno de los más grandes

y caudalosos del mundo, forma parte de la hidrovía Paraná-Paraguay que es la arteria hídrica más importante del MERCOSUR. Desde su nacimiento hasta la desembocadura su curso recorre aproximadamente 2.570 km con un caudal medio de 16.000 m3/s en la ciudad de Paraná. • El río Uruguay es el eje de circulación y la frontera natural de Uruguay con la Argentina y de ésta con Brasil. Es el segundo en importancia dentro del sistema del Plata y su curso recorre 1.600 km, desde su naciente hasta su desembocadura. El caudal medio anual en la ciudad de Salto es de aproximadamente 4. 600m3/s.

DATOS SOBRE LA REGIÓN • El Estuario del Río de la Plata tiene una longitud aproximada de

•

290 km y su ancho varía desde 40 km en su parte más estrecha hasta 220 km en su desembocadura. Sus profundidades, referidas al cero del Riachuelo, varían desde los 5 m frente a la ciudad de Buenos Aires hasta los 10 o 20 m para la región exterior. Se caracteriza por poseer numerosos bancos de arena que afectan la propagación de la onda de marea. Debido a su forma y poca profundidad, es altamente afectado por los vientos del sudeste.

• La marea se ve influenciada por la

hidrodinámica y geomorfología del río, produciéndose mareas bajantes de mayor duración que las crecientes (El régimen de marea es mixto preponderantemente semidiurno: generalmente se observan dos pleamares y dos bajamares diarias con una importante desigualdad diurna (las pleamares consecutivas no alcanzan la misma altura, lo mismo ocurre con las bajamares) y excepcionalmente puede encontrarse una sola bajamar y una sola pleamar en el día.

DATOS SOBRE LA REGIÓN • Por su parte, en el Océano Atlántico, Mar del Plata presenta playas de arena de pendientes suaves de 2° a 3° que se alternan con zonas de acantilados, cuyas alturas pueden alcanzar los 25 m. Al igual que las playas arenosas, los acantilados sufren la acción erosiva provocada por las mareas y las olas.

• En este caso la marea es de naturaleza

•

puramente marítima y se propaga libremente hacia la costa. Sobre esta se observan oscilaciones de alta frecuencia de períodos comprendidos entre 1 minuto y 2 horas, conocidas como seiches. Estas oscilaciones se deben a la acción de ondas de gravedad, asociadas al pasaje de frentes meteorológicos por la plataforma continental, que fuerzan una oscilación sobre la superficie del agua, que puede sufrir amplificaciones por fenómenos de resonancia al ir acercándose a la costa.

• Su régimen de marea es mixto preponderantemente semidiurno, al igual

que en Buenos Aires, con la diferencia de que las desigualdades diurnas son menos pronunciadas y no se encuentran casos de marea de una sola bajamar y una sola pleamar diaria. 

MÉTODOS DE PREDICCIÓN DE LA MAREA

• Existen cuatro modos diferentes de resolver la predicción de

la Mareas, que se expresan en orden de exactitud: – Predicción Armónica de la Marea: Es realizada por los Servicios Hidrográficos. Están recogidas en las “Tablas de Mareas” que incluyen la predicción diaria de la Marea para los Puertos Patrones principales y Puertos Secundarios – Método del Almirantazgo: La hora media de la pleamar está calculada en función de la Hora media del Paso de la Luna por el meridiano local y el Establecimiento de Puerto y una corrección que depende de las posiciones relativas de los dos astros, y que se encuentra en tablas. – Método de las Diferencias y Relaciones: Conociendo los elementos de la Marea (Horas y alturas) de un Puerto Patrón es posible determinar los elementos de otros puertos (secundarios) que tienen características semejantes. – Método de las Constantes No Armónicas: Se utiliza para sitios con marea semidiurna o parcialmente diurna.

DEFINICIÓN DE CONSTANTES NO ARMÓNICAS • Establecimiento de Puerto: Es el intervalo entre el Pasaje

de la Luna por el meridiano y la Hora de la Pleamar que le sigue (intervalo Luna-Marea o intervalo lunitidal). • Establecimiento de Puerto Vulgar: Es el intervalo lunitidal correspondiente a la Luna Nueva o Llena. • Establecimiento de Puerto Medio (HWF & C): Es el promedio de los intervalos lunitidales durante un largo período. En las cartas náuticas o en el derrotero se indica en números romanos para la hora y en números arábigos para los minutos, además se dan los valores de las alturas medias de sicigias y de las de cuadraturas. • Duración de la Bajante: Es el intervalo entre el instante de la pleamar y el instante de la bajamar siguiente.

EFECTO DE CONDICIONES METEOROLÓGICAS INUSUALES • Es importante señalar que las predicciones de horas,

alturas y mareas dadas en las Tablas de Mareas se basan en el supuesto que prevalecerán las condiciones meteorológicas normales. • Las alturas de marea, por ejemplo, se basan en una presión barométrica normal de 29,92 pulgadas de mercurio. Si la presión baja una pulgada o 35 Hectopascales, el nivel del mar en la zona puede aumentar tanto como un pie. • En el Río de la Plata, la predicción de Mareas es incierta. Los vientos del E y del SE hacen crecer el río y los vientos del N y NW lo hacen bajar.

CORRIENTES DE MAREA • La onda de marea da lugar a la corriente de marea, que no

•

• •

debe confundirse con las corrientes marinas oceánicas que se deben fundamentalmente a los vientos prevalecientes y a las diferencias de temperaturas y salinidad. Las ondas de mareas son oscilaciones verticales del agua (de pocos pies, algunas centenas de millas de ancho y elevada velocidad), en los océanos no producen movimientos horizontales. Pero cerca de una zona poca profundidad, se alteran sus características (la altura aumenta, el ancho disminuye y la velocidad decrece) provocando un movimiento horizontal (Corriente de marea). Sus características son producto de la observación y muchas veces no coinciden con las corrientes de crecientes o bajantes. Se encuentran graficadas en las cartas náuticas.

CORRIENTES DE MAREAS ESPECIALES

• Escarceos de Marea o tide-race: Se producen en forma de remolinos, a menudo en las proximidades de los estrechos o pasajes angostos.

• Avenida de marea, mascaret,

macareo o pororoca: La marea produce en ciertos ríos angostos y pocos profundos en su desembocadura una serie de olas u olas sucesivas que se forman con la entrada de la onda de marea y se trasladan como una valla líquida se traslada a gran velocidad. La altura varía entre 3 (río Orinoco) y 6 metros (río Ganges y río Amazonas).

• Para que este fenómeno natural se produzca tienen que concurrir varios factores: las fases de Luna llena o Luna nueva, que dan paso a la subida de las mareas más intensas (mareas de sicigia), las corrientes marinas y la oposición del océano sobre el río.