Densidad y presión en las aguas oceánicas

La temperatura y salinidad del agua son factores determinantes de sus propiedades físicas y en su distribución, sobre todo en lo que a la escala vertical se refiere. Esto se debe al efecto que estas propiedades tienen sobre la densidad, que aumenta al incrementarse la salinidad y disminuye cuando el incremento se da en la temperatura.

Si suponemos una masa de agua estática (en equilibrio hidrostático) y en la que no existen fenómenos de difusión molecular, las porciones de agua más "pesadas" se hunden y de este modo se obtiene una columna de agua estratificada en la que se pueden distinguir capas con diferentes densidades decrecientes a medida que nos acercamos a la superficie. Esto es lo que trata de mostrar la figura de la derecha, en la que las aguas más densas tienen un color más oscuro.

Esta estructura tan perfectamente estratificada podría romperse fácilmente si agitasemos el agua y entonces las distintas porciones, cada una con su densidad tendería a reubicarse de nuevo en el nivel que le corresponde, oscilando en torno a él con amplitud decreciente hasta alcanzar de nuevo el estado de equilibrio, en un proceso de reajuste hidrostático. A modo de símil, es como si tuviesemos un corcho flotando y lo empujásemos hacia el fondo. El corcho tiende a colocarse de nuevo de modo tal que tenga por debajo a todo aquello que sea tenga mayor densidad y por encima lo que tenga una densidad menor. Por eso vuelve a la superfie y allí estará sobre el agua, de mayor densidad, y bajo el aire, de densidad menor. Este fenómeno es crucial en los procesos de mezcla en el océano.

En las zonas polares, por citar un ejemplo, las densidad del agua aumenta por dos motivos: al congelarse el agua, ésta deja atrás su contenido en sales, aumentando localmente la salinidad del agua. Por otro lado, el descenso de la temperatura hace aumentar también la densidad. Estas aguas polares más densas se hunden originando toda una serie de corrientes y circulaciones.

En las zonas más cálidas, una elevada tasa de evaporación produce un considerable aumento de la salinidad, y por ello, de la densidad originando un efecto similar.

En oceanografía es usual encontrar en lugar de la densidad otro concepto casi equivalente: s_t (sigma-t) y que no tiene más finalidad que la de simplificar los cálculos y los desarrollos matemáticos. Conocida la densidad (en g/cm³) sólo hay que hacer este sencillo cálculo:

donde r es la densidad. De este modo, una densidad de 1024 g/cc pasa a ser una s_t de 24. También a s_t se le llama densidad, pero esto no debe conducir a error fijándose en el valor al que ser refiera.

En general, el océano está estratificado y la densidad aumenta linealmente con la profundidad, aunque este aumento es de pequeña magnitud y, a efectos prácticos, muchas veces se considera el océano como de densidad constante. En cualquier caso, las variaciones de densidad están ligadas al aumento de la presión según la ecuación de la hidrostática:

p = grz

en la que p es la presión, medida en atmósferas (atm); g es la aceleración debida a la gravedad, con un valor promedio de 9.81 m/s²; y z es la profundidad medida en metros (m).

Si suponemos la densidad constante, esta expresión nos da una relación muy interesante entre la profundidad y la presión, que será muy útil para determinar profundidades en el océano.