TEMA II OLEAJES Y MAREAS

08.05.2012 09:20

2.1 OLEAJE

El fenómeno del oleaje es un fenómeno natural del Ecuador y de muchos pises costeros en donde se lo viene analizando mucho tiempo atrás.

El objetivo de entender a cabalidad el comportamiento de un oleaje es el de saber su frecuencia e intensidad para que no afecte al turismo y no haya daños tanto materiales como humanos.

Por ejemplo al referimos a la pesca, es muy peligroso llevar acabo esta actividad ya que las olas tienen mayor tamaño y aparecen con mas fuerzas de lo normal y los mas importante una tras otra de manera inusual.

Para facilitar el trabajo se necesita un modelo matemático que se acerque a la realidad y que nos brinde en lo más posible datos exactos.

Se sabe de antemano que antes de referirnos a cualquier modelo matemático necesitamos una investigación previa.

Este producto, el modelo, tiene la caract erística que nunca será final ya que siempre estará sujeto a pruebas continuas de comparación con los hechos reales observados mediante diferentes métodos y técnicas.

Mientras mayor sea nuestra capacidad de observación (tanto en escalas espacial como temp orales), más podremos saber del fenómeno en cuestión y podremos validar o rechazar el modelo propuesto.

 

2.1.1 CLASIFICACION DE LAS ONDAS

LOS vientos actúan sobre el agua del mar transmitiendo la energía y poniéndola en movimiento, produciendo ondulaciones en las capas superficiales, formando el oleaje que se observa en todas las aguas del mundo y que desde el origen de los océanos ha golpeado las costas de los continentes.

Es difícil observar el movimiento ondulatorio claramente individualizado de las olas, pero en alta mar, y sobre todo en ciertos días de calma, se ve como la superficie es recorrida por una ondulación, que presenta elevaciones llamadas crestas y depresiones denominadas valles. Estas crestas y valles se propagan con regularidad, en líneas paralelas, que determinan el ascenso y descenso de las embarcaciones, que se mueven con ritmo pausado y solemne.

Para estudiar a las olas y sus efectos, los investigadores han empleado una terminología especial para los diversos elementos de que consta. Se llama longitud de onda o de ola a la distancia que separa dos crestas consecutivas. Altura de la ola es la distancia vertical que separa la cresta del valle (depresión más baja de la ola); el peralte es la relación entre la altura y la longitud de la ola; el período es el tiempo que separa el paso de dos crestas sucesivas delante de un punto fijo; y la celeridad o velocidad de fase es el resultado de dividir la longitud de onda entre el periodo.

En los estudios de oceanografía física se considera teóricamente a las olas como una forma suave y simétrica que puede ser descrita aplicando el modelo de propagación electromagnética, pero en el mar el oleaje presenta gran diversidad en forma, tamaño e intensidad; sin embargo, para facilitar su estudio se distinguen dos tipos principales de ondas o de olas: las libres y las forzadas, u olas propiamente dichas.

Figura 14. Características de una ola.

La ola libre, también llamada pura, se produce por causas ajenas a los vientos, y el lugar donde se origina se localiza lejos del punto donde se presenta, por lo que cubre áreas extensas del océano.

En cambio, las olas forzadas o de gran longitud de onda son causadas por intensas depresiones atmosféricas acompañadas de vientos activos, y se localizan en un sector reducido del mar.

Las olas hacen que la superficie del océano presente características extremadamente ordenadas, y no se debe confundir a las olas libres, que son raras, con las olas forzadas o formadas en un lugar determinado por la acción de un viento local.

Las olas libres se originan en sitios bien definidos y recorren la superficie marina produciendo movimientos ondulatorios que no presentan periodicidad. Por ejemplo, se considera que el oleaje que llega a la costa occidental de Marruecos surge en la región de las Islas Azores; allí, por la acción de los vientos de gran violencia y duración, se forman enormes olas piramidales que sacuden la masa líquida y propagan la ondulación resultante a enormes distancias y a una velocidad considerable en forma de olas libres. Se ha calculado que una ola inicial de 150 metros de longitud tarda 30 horas en ir de las Azores a Marruecos.

Actualmente, el lugar en donde se considera que las olas libres alcanzan su mayor altura es en el Océano Antártico, donde se producen olas de 30 metros, mientras que las olas más altas que se han observado en el Atlántico no rebasan los 20 metros; siendo aún más bajas en el Pacífico. En el Mediterráneo no exceden de los 8 metros y en el Océano Índico apenas si se producen durante el verano olas de 2.5 metros de altura, pero como la longitud de ellas es, por lo general, muy corta, resultan molestas para la navegación.

Entre las causas que originan este tipo de olas se encuentran las perturbaciones sísmicas submarinas, como deslizamientos, que producen una onda solitaria de pequeña amplitud, más o menos de un metro de altura, pero de gran longitud de onda. En alta mar estas ondas son prácticamente inapreciables, aunque su velocidad puede alcanzar los 80 kilómetros por hora; pero cuando llegan y chocan con el litoral, invaden más allá de la costa, provocando destrucciones considerables. A este fenómeno se le conocía como "ola de marea" o "marejada alta", pero actualmente los estudiosos lo designan con el término japonés de Tsunami (de Tsu: puerto, y Nami: ola).

Al llegar estas olas a la costa, su altura se incrementa tanto que alcanzan varias decenas de metros como, por ejemplo, en Hawai, donde han llegado a medir 15 metros, o en las costas de Chile y Perú, que forman olas de 40 metros. La ola más alta de las que se tiene noticia fue una de 70 metros, registrada en Cabo Aopatka, en la península de Kamchatka, en el año de 1737.

Los tsunamis no guardan relación alguna con las mareas o las tempestades y se producen siempre en ciertas zonas del océano, principalmente en el Pacífico, por ser ésta la región donde se presentan los terremotos marinos. El proceso es siempre el mismo: en algún lugar del gran océano se origina un maremoto y, por causa del fuerte temblor que sacude el fondo, las aguas se retiran provisionalmente de las costas, para volver, poco después, en forma de una gran ola.

Aunque los barcos muchas veces no advierten la presencia de la ola, ésta se levanta al contacto con cualquier obstáculo y forma enormes montañas de agua produciendo estas mareas sísmicas. Pueblos enteros de pescadores han desaparecido frecuentemente a consecuencia de algún tsunami, sin que los hombres que se encontraban pescando o navegando en alta mar notaran el paso de la terrible marea bajo las quillas de sus barcos.

Las grandes mareas sísmicas que se producen ocasionalmente en el Pacífico recorren enormes distancias antes de llegar a regiones de aguas poco profundas, donde originan olas de gran altura que producen auténticos estragos en las costas sobre las que llegan.

Por ejemplo, en el verano de 1957, un maremoto sacudió la región del Pacífico en donde se encuentra la Isla de Oahu, del archipielágo de las Hawai; poco después, miles de personas acudieron a la playa de Honolulú para observar un extraño fenómeno natural: hasta donde llegaba la vista, todos los arrecifes coralinos habían quedado al descubierto al retirarse de repente el mar a varios kilómetros de la costa; poco después llegó impetuosa una gran ola que causó graves daños, arrastrando casas enteras, y que costó la vida a numerosas personas.

Algunos de estos maremotos han sido particularmente devastadores. Uno de los más notorios es el del terremoto de Lisboa, acaecido el día primero de noviembre de 1755. Una ola de 12 metros de altura barrió la orilla y causó un total de más de 60000 víctimas y cuando el tsunami llegó a las costas de las Antillas, en la otra orilla del Atlántico, sus olas tenían la mitad de la altura inicial.

En 1883, la erupción del Krakatoa, en el Estrecho de la Sonda, entre Sumatra y Java, originó una onda gigantesca que alcanzó entre 30 y 40 metros de altura en la costa y causó la muerte de 36 000 personas. Más terrible y perjudicial que el de Krakatoa fue el tsunami que en 1876 barrió las costas del Golfo de Bengala, habiéndose reportado la muerte de 200 000 personas. En 1908, el sismo de Mesina provocó otra onda de 12 metros de altura, que causó daños parecidos a los de Lisboa. En 1946, un tsunami azotó las costas de las Islas Hawai y en 1960, como resultado de los terremotos de Chile, se produjo un tsunami que repercutió hasta la costa de Japón.

La caída de grandes masas pétreas pueden dar origen también a ondas que, si bien se propagan a menor distancia, son devastadoras en las regiones vecinas. Por ejemplo, el desplome de un conjunto de rocas acaecido en 1930 en la isla Madera, formó una ola de 15 metros sobre el nivel del mar. En 1934, en Noruega, una masa pétrea de cerca de 5 millones de toneladas, al caer desde 500 metros de altura, formó una ola de 37 metros que invadió las costas cercanas, empujando algunas embarcaciones a más de 100 metros tierra adentro.

El hombre se muestra impotente frente a estas fuerzas desatadas de la naturaleza y ninguno de los diques que ha construido pudo resistir el embate de los tsunamis, por lo que en la actualidad, en las costas del Pacífico, se han instalado modernos sistemas de alarmas que registran cuidadosamente todos los maremotos que se producen en ese océano. En caso de peligro se informa a los habitantes de las costas para que puedan refugiarse, a tiempo, en los puntos próximos más elevados.

Sin embargo, esta acción es difícil por la velocidad de propagación de las olas de un tsunami, como el que se formó en 1940 en la fosa de las Aleutianas y que sólo necesitó 4.6 horas para cruzar a través del Pacífico Norte hasta Honolulú, recorriendo 3 605 kilómetros, y después, en 18 horas, se desplazó 12 890 kilómetros hasta Valparaíso, Chile, a una velocidad promedio de 712 kilómetros por hora.

En relación con el otro tipo de olas, las forzadas, también consideradas como olas comunes, se observa que éstas producen cambios en la superficie del mar conforme se acentúa la acción de los vientos que las forman, aumentando su altura en 30 centímetros por cada milla por hora que tiene el viento de velocidad.

 

 

Oleaje	Viento	Velocidad (m/seg)
Liso	Tranquilo	0 - 0.5
Rizado	Brisa leve	1.5 - 3.5
Suave	Brisa suave	3.5 - 5.5
Leve	Brisa moderada	5.5 - 8.0
Moderado	Brisa fresca	8.0 - 10.5
Fuerte	Ventarrón	12.0 - 20.0
Borrascoso	Tormenta	25.0 - 30.0
Excepcionalmente
borrascoso	Huracán	35.0 a +

Generalmente, el mar presenta por las mañanas una superficie tersa y por esto se le llama mar llana o mar calma, pero al presentarse la brisa se produce una fina rizadura en la superficie, formada por diminutas olas, que la convierten en mar rizada.

El periodo de tales olas es muy débil. La velocidad del viento es superior a la de las olas y, así, resulta que éstas disipan la energía creada.

Si el viento aprieta, los rizos se convierten en olas pequeñas, cuya longitud y altura aumentan también. Si sigue incrementándose la velocidad del viento, la altura de las olas crece más rápidamente de lo que permite su longitud, y entonces la cresta se cubre de espuma y aparecen las "cabrillas" y "borregos", antes de que caiga la ola.

Al disminuir el viento, la agitación del mar subsiste durante cierto tiempo, produciendo un oleaje cuya importancia y extensión dependen de la velocidad y la duración que tuvo el viento que originó el fenómeno.

Son raras las olas cuya configuración depende, exclusivamente, de un viento que sople siempre en la misma dirección. Los vientos reinantes en los océanos suelen proceder de varias direcciones y originan olas de diferentes tamaños, que pueden amortiguarse o sumar sus energías y formar olas todavía mayores, produciendo una turbulencia en las aguas llamada marejada o mar gruesa.

Así, las formas en que se presentan las olas comunes en los mares son muy diversas, por lo que se hizo y se adoptó una clasificación internacional de las olas, creada por el vicealmirante inglés sir Perey Douglas (1876-1939).

 

 

Mar número	Denominación del mar	Altura de las olas (en metros)
0	Calma	0
1	Rizada	0 — 0.1
2	Marejadilla	0.1 — 0.5
3	Marejada	0.5 — 1.25
4	Marejada fuerte	1.25 — 2.5
5	Mar gruesa	2.5 — 4.0
6	Mar muy gruesa	4.0 — 6.0
7	Arbolada	6.0 — 9.0
8	Montañosa	9.0 — 14.0
9	Enorme	Mayor que 14

Las olas no sólo presentan movimiento en la superficie del mar, sino que cada una de ellas está dotada de un desplazamiento interno, en virtud del cual las partículas de agua que la forman describen un círculo y, debido a esto, el transporte de energía por la ola afecta igualmente a la superficie y a otras capas más profundas.

La ola tiene, en consecuencia, lo que se llamaría el "calado de la ola", y cuando llega a aguas cuya profundidad es menor que la distancia existente entre dos crestas, el fondo la va frenando de abajo hacia arriba. En las olas siguientes la distancias entre crestas se van reduciendo progresivamente; la cima de la ola avanza a mayor velocidad que la base, formando una especie de muralla verde, transparente y con gran cantidad de espuma en su parte superior, y es entonces cuando la ola rompe sobre la playa.

Antes de desplomarse la cresta de la ola forma un rizo y se convierte en un túnel de agua, casi transparente, que dura fracciones de segundo; el aire que se encuentra en el interior del túnel se comprime y luego se expande, con lo que produce frecuentemente un sordo estruendo denominado el "rugir" de la rompiente.

 

 

Figura 15. Energía producida por las olas y las corrientes.

 

Figura 16. Boya experimental de Wells.

Como una variación de estas olas comunes se presentan las "olas internas", que se mueven en las capas localizadas por debajo de la superficial y que se producen por cambios en la densidad del agua que forma estas capas. Su velocidad es menor que la de las olas superficiales, alcanzando de uno a 6 metros por hora, por lo que es difícil percibirlas, sobre todo cuando el mar está agitado; sólo se puede notar su presencia cuando está en calma.

Estas olas internas fueron descubiertas a mediados del presente siglo. Los conocimientos que en la actualidad se tiene sobre ellas permiten entender varios de los fenómenos relacionados con la circulación oceánica y con las mareas.

Cuando rompen las olas en la playa descargan toda la energía recibida de los vientos durante el camino que recorrieron por el océano. La ola, que los vientos pueden levantar a una altura de 6 o 7 metros, se estrella contra la costa con una fuerza de más de 25 toneladas por metro cuadrado. Y se ha calculado teóricamente que una ola de 1.5 metros de altura y 150 kilómetros de frente, llega a la costa con energía suficiente para abastecer la electricidad de una gran ciudad durante un día entero.

Las fuerzas dinámicas del mar crean una energía extraordinaria, por lo que el hombre se ha esforzado por captarla para su aprovechamiento. La tarea ha sido ardua, pues las variaciones de esta energía no pueden preverse y las instalaciones destinadas a utilizarla corren el riesgo de resultar dañadas por el exceso de esta misma energía, o de no contar con la suficiente para su máximo aprovechamiento. Esta energía del mar puede proceder de la fuerza del oleaje, de las diferencias de nivel creadas por las mareas, o de las corrientes.

Ante la fuerza de las olas que todos los días asaltan las rocas de la costa, los técnicos han imaginado los dispositivos más ingeniosos y, a veces, más increíbles, para captar esta tentadora fuente de energía. Por ejemplo: las bombas gigantes, como la que se instaló en la base del Museo Oceanográfico de Mónaco; flotadores articulados, como los que se pusieron en la costa argelina; o tanques elevados destinados a recoger el agua procedente de la cresta de las olas; pero, por desgracia, el rendimiento de estos dispositivos fue muy bajo.

Actualmente se han desarrollado nuevos intentos, como el aparato llamado "Oscilador de Wells", en honor a su diseñador, Allan A. Wells, de la Real Universidad de Belfast en Irlanda del Norte, que en 1977 construyó un aparato para aprovechar la fuerza del oleaje en la producción de energía.

En el estudio de las olas, los investigadores de todo el mundo han logrado grandes progresos, lo que facilita pronósticos útiles que permiten desde impedir tragedias hasta el aprovechamiento del oleaje como fuente de energía, y a esto ha colaborado el diseño de nuevos aparatos, como las piletas de oleaje o piletas de agitación hidráulica en donde se hacen modelos artificiales a escala de las olas; los nuevos métodos de observación de las olas naturales en las boyas y plataformas flotantes, y el empleo de satélites: como por ejemplo, el Nimbus de los Estados Unidos, que pueden recoger datos en unos 40000 lugares de la atmósfera y del océano cada día.

Una forma de construir un modelo es el de analizar el comportamiento (o evolución espacial o temporal) de las variables observadas que se suponen carac terizan el fenómeno (desplazamiento, temperatura, densidad, etc.) y tratar de reproducir este comportamiento mediante una fórmula o expresión matemática sencilla cuya evolución espacial o temporal sea similar (o se asemeje) a la del fenómeno de interés.

Normalmente la descripción y el análisis del oleaje se efectua empleando la técnica del análisis espectral la cual aunque es muy convencional, su desarrollo y aplicación no es tan sencillo.

Sin embargo, esta técnica puede comprenderse y aplicarse mejor utilizando conceptos del álgebra lineal