Los terremotos revelan la rapidez con la que se calienta el océano

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Una nueva investigación documenta el calentamiento de la cuenca del Océano Índico (incluida esta área frente a Indonesia) en 0.044 K por año. La imagen muestra una hydromedusa roja flotando sobre el fondo marino.
Crédito: Programa Explorador Okeanos de NOAA, INDEX-SATAL 2010 , CC BY 2.0.

Al medir el tiempo de las ondas sonoras puestas en movimiento por los terremotos, los científicos han estimado el ritmo de calentamiento del Océano Índico. Se está calentando en aproximadamente 0.044 K por década.

A medida que los gases de efecto invernadero se acumulan en la atmósfera de la Tierra, el planeta retiene el calor. Calor que de otro modo se disiparía en el espacio. La mayor parte de ese calor adicional está siendo absorbido por el océano. Los investigadores ahora han recurrido a una fuente de datos poco probable, los terremotos, para estudiar qué tan rápido se calienta el agua de mar. Sus mediciones revelan que el Océano Índico se está calentando aproximadamente en 0,044 K por década. Eso es significativamente más rápido que la velocidad medida por una serie de flotadores autónomos, informaron los autores.

Un marcapasos climático

Más del 90% de la energía atrapada por los gases de efecto invernadero termina calentando el océano . Como resultado, el océano global es algo así como un marcapasos climático, dijo Jörn Callies. El es Oceanógrafo del Instituto de Tecnología de California en Pasadena y coautor del nuevo estudio. «El océano juega un papel importante en el sistema climático».

Pero controlar la rapidez con que se está calentando el océano ha sido, hasta hace muy poco, un poco difícil. “Bajarías un instrumento por el costado [de un barco] y tomarías la temperatura”, dijo Callies. Ese laborioso proceso resultó en una cobertura irregular y sesgada porque los marineros tenían poco interés en navegar por el notoriamente inclemente Océano Austral , por ejemplo.

Sin embargo, todo eso cambió en el 2000 cuando se implementó el primer flotador autónomo Argo . Cada uno de estos instrumentos robóticos tiene aproximadamente un metro de largo. Toma lecturas repetidas de conductividad, temperatura y presión del océano a medida que se mueve hacia arriba y hacia abajo en la columna de agua. Aproximadamente 4.000 flotadores Argo ahora deambulan por el océano del mundo , a la deriva con las corrientes.

Sistema de trabajo de una boya Argo. La misión de flotación estándar de Argo es un ciclo de 10 días, con la mayor parte del tiempo del flotador a la deriva junto con las corrientes oceánicas profundas. Es seguido de una serie de mediciones a medida que se mueve de regreso (perfiles) a la superficie del océano. Una vez que el flotador está en la superficie, obtiene su ubicación, a menudo a través de GPS. Luego se comunica con un satélite para enviar sus datos y recibir nuevas instrucciones de misión. Más información.
Crédito: Argo International Program.

Yendo más profundo que Argo

Pero una limitación de los flotadores Argo es que no llegan a más de 2000 metros de profundidad. (Un programa conocido como Deep Argo , que se está probando actualmente, enviará flotadores a una profundidad de 6.000 metros). Callies y sus colegas querían tener una mejor idea de cómo se está calentando el océano, incluidos sus tramos más profundos. Para ello le ‘sacaron el polvo’ a una idea propuesta hace más de 40 años. Consiste en medir los cambios en los tiempos de viaje de las ondas sonoras que se propagan a través del agua.

La física dicta que las ondas sonoras viajan más rápido a través del agua más caliente que en el agua más fría. Los investigadores en la década de 1990 descubrieron que generar ondas sonoras usando altavoces bajo el agua, por ejemplo, tiene sus propias dificultades, dijo Bruce Cornuelle. Él es Oceanógrafo Físico del Instituto Scripps de Oceanografía en La Jolla, California, que no participó en la investigación. «Crear fuentes de sonido es costoso y hubo muchas preguntas sobre lo que les haría a los mamíferos marinos».

Callies y sus colegas optaron por recurrir a una fuente natural de ondas sonoras. «Estamos usando terremotos para generar el sonido», dijo Callies. Cuando las ondas sísmicas sacuden el fondo marino, generan ondas sonoras en el océano. Esas ondas viajan aproximadamente a 1,5 kilómetros por segundo, mucho más lento que las ondas sísmicas primarias ( P ) y secundarias ( S ).  Se vuelven a convertir en ondas sísmicas cuando vuelven a golpear el fondo marino.

Buscando gemelos

Callies y colaboradores se centraron en la región cercana a la isla indonesia de Sumatra, uno de los sitios más propensos a terremotos del mundo . Esta área es especial, dijo Wenbo Wu , Sismólogo del Instituto de Tecnología de California y autor principal del nuevo estudio. «La subducción ocurre continuamente allí». A medida que la misma sección de falla se desliza repetidamente con el tiempo, genera terremotos con formas de onda casi idénticas. Estos «terremotos que se repiten» se pueden separar en el tiempo por horas, días o años.

Utilizando un catálogo de terremotos compilado por el Centro Sismológico Internacional , los científicos aislaron 2.047 pares de «terremotos repetidos». Ocurrieron cerca de Sumatra de 2004 a 2016. Encontrar estos repetidores hizo posible esta investigación, dijo Callies. Las ondas sísmicas de los terremotos que se repiten se originan en el mismo lugar. Por lo que cualquier cambio en el tiempo de viaje puede vincularse a cambios en la temperatura del océano, dijo. «Si no hubiéramos utilizado repetidores, la incertidumbre en la ubicación del terremoto habría inundado cualquier señal oceánica».

Para cada par de terremotos repetidos, se calculó la diferencia en los tiempos de viaje de las ondas. entre su origen y un receptor sísmico. El origen estuvo en Sumatra y el receptor sísmico en Diego García. Éste, es un atolón a unos 3.000 kilómetros de distancia y parte del Territorio Británico del Océano Índico.

El equipo descubrió que las diferencias en el tiempo de viaje, generalmente unas pocas décimas de segundo, tendían a aumentar con el tiempo. Esa es la firma de un océano que se calienta.

Una marcada tendencia al calentamiento

Los investigadores calcularon que, en promedio, el Océano Índico se había calentado aproximadamente 0.044 K por década entre 2004 y 2016. Lo informaron el mes pasado en Science . Eso es aproximadamente un 70% más que la tasa derivada de Argo de 0.026 K por década. Esa discrepancia es algo esperada, dijo Callies, porque los dos conjuntos de datos están investigando diferentes partes de la columna de agua. (De manera tranquilizadora, ambos conjuntos de datos exhiben fluctuaciones en la temperatura del agua con los mismos períodos (6 y 12 meses). Estos probablemente se deben a la temporada, mostró el equipo).

Estos resultados son intrigantes, pero hay más por investigar, dijo Cornuelle de Scripps. Por ejemplo, es importante comprender cuántas de las diferencias en el tiempo de viaje se deben a cambios reales en la temperatura. Es decir identificar aquellas diferencias debidas a otros factores, como pequeños cambios en la ubicación de los terremotos, dijo.

En el futuro, sería beneficioso utilizar receptores submarinos (hidrófonos) para detectar las ondas sonoras que viajan directamente, dijo Callies. Esto es mejor que depender de que se conviertan de nuevo en ondas sísmicas y sean captadas por sensores sísmicos terrestres. Eso haría posible recopilar mediciones de terremotos aún más pequeños, y por lo tanto más numerosos.

También existe la opción de mirar ondas sonoras de diferentes frecuencias, dijo Callies, para estudiar los cambios de temperatura en varias profundidades del agua. «A medida que aumenta la frecuencia, es sensible a diferentes partes de la columna de agua». Esta investigación se centró en frecuencias entre 1,5 y 2,5 hercios. Pero cualquier valor entre 1,0 y 10,0 hercios debería ser posible, proponen los investigadores . «Eso es cosa del futuro», dijo Callies.

Fuente: American Geophysical Union (AGU) Eos magazine.

Artículo original: Kornei, K. (2020), Earthquakes reveal how quickly the ocean is warming, Eos, 101, https://doi.org/10.1029/2020EO149940. Published on 02 October 2020.

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Este es un mapa de las tendencias del contenido de calor en los 700 metros superiores (2300 pies) del océano mundial. Muestra dónde los océanos ganaron o perdieron calor entre 1993 y 2019. Grandes partes de la mayoría de las cuencas oceánicas están ganando calor (naranja). La tendencia promedio global es positiva, pero algunas áreas han perdido calor. Los lugares con sombreado gris tienen tendencias que no son estadísticamente significativas. 
Mapa de NOAA Climate.gov, adaptado de la Figura 3 en el capítulo Oceans de 
State of the Climate en 2019 , basado en datos de John Lyman.

Cantidades crecientes de gases de efecto invernadero impiden que el calor irradiado desde la superficie terrestre se escape al espacio tan libremente como solía hacerlo. La mayor parte del exceso de calor atmosférico es absorbida por el océano. Como resultado, el contenido de calor del océano superior ha aumentado significativamente en las últimas décadas. El siguiente artículo lo presenta; el estudio destaca los siguientes puntos:

  • Más del 90 por ciento del calentamiento que ocurrió en la Tierra entre 1971 y 2010 ocurrió en el océano.
  • En promedio, en toda la profundidad del océano, las tasas de ganancia de calor de 1993 a 2019 son de 0,55 a 0,79 vatios por metro cuadrado. 
  • El aumento del contenido de calor océanico contribuye al aumento del nivel del mar, las olas de calor del océano y el blanqueamiento de . corales. También al derretimiento de los glaciares y capas de hielo que terminan en el océano alrededor de Groenlandia y la Antártida. 
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El huracán Michael fue capturado desde la Estación Espacial Internacional el 10 de Octubre de 2018. La imagen se tomó después de que la tormenta tocó tierra como un huracán de categoría 4 sobre la península de Florida. El Centro Nacional de Huracanes informó vientos máximos sostenidos cercanos a los 232 kmh (145 mph). Tenían el potencial de traer marejadas ciclónicas peligrosas y fuertes lluvias al área de la península de Florida. NASA ID: iss057e023128. Crédito: NASA.

Aunque la mayoría de los huracanes tienden a debilitarse a medida que se acercan a tierra, algunos aumentan rápidamente en fuerza justo antes de tocar tierra. Es un fenómeno que es peligroso y difícil de predecir. A medida que el clima continúa calentándose, es probable que aumente la cantidad de tormentas que caen en la última categoría. Esto presenta una cruda realidad para las comunidades en su camino. Los modelos meteorológicos actuales no pueden predecir con precisión esta repentina intensificación. Entonces las comunidades que se preparan para una tormenta menor a menudo no tienen tiempo para responder a la llegada de una mucho más fuerte. Tampoco a la magnitud de la destrucción que probablemente dejará atrás. El estudio es presentado el el artículo siguiente.

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