miniaturadeimagen| El contenido de calor del océano (OHC) ha ido aumentando durante décadas a medida que el océano ha estado absorbiendo la mayor parte del exceso de calor resultante de las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de las actividades humanas. El gráfico muestra el OHC calculado para una profundidad en el agua de 700 y 2000 metros. El contenido de calor del océano (OHC) o la absorción de calor del océano (OHU) es la energía absorbida y almacenada por los océanos. Para calcular el contenido de calor en el océano, es necesario medir la temperatura del océano en varios lugares y múltiples profundidades. El consumo de calor del océano es el resultado de la integración de la densidad de área de un cambio en la energía entálpica sobre una cuenca oceánica o un océano entero. En registros recientes, entre 1971 y 2018, el aumento del calor que contienen los océanos representó más del 90% del exceso de energía de la Tierra procedente del calentamiento global, es decir que los océanos han absorbido gran parte del exceso de calor en el planeta. El principal catalizador de este aumento ha sido el forzamiento antropogénico a través del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero. En 2020, aproximadamente un tercio de la energía añadida a los océanos se había propagado a profundidades inferiores a 700 metros. que convencionalmente serían más frías que las aguas superficiales.
En 2023, los océanos del mundo volvieron a ser los más calientes según el récord histórico y superaron el máximo récord anterior de 2022. Las cinco observaciones más altas del calor del océano en profundidades de hasta 2000 metros fueron registradas entre los años 2019 y 2023. El océano Pacífico Norte, el océano Atlántico Norte, el mar Mediterráneo y el océano Austral registraron las observaciones de calor más altas en más de sesenta años de mediciones globales.Para marzo de 2024, la superficie oceánica del planeta tierra ha completado doce meses consecutivos de las más altas temperaturas registradas.
El contenido de calor del océano y el aumento del nivel del mar son indicadores importantes del cambio climático.
El agua del océano tiene la capacidad de absorber energía solar porque el agua tiene una capacidad calorífica mucho mayor que los gases atmosféricos. Como resultado, unos pocos metros en la capa superior del océano contienen más energía que toda la atmósfera terrestre. Desde mediados del , buques y estaciones de investigación han tomado muestras de las temperaturas de la superficie del mar y de las temperaturas a profundidades mayores en todo el planeta. Desde el año 2000, una red en expansión de casi 4.000 flotadores robóticos Argo ha registrado anomalías de temperatura, o del cambio en el contenido de calor del océano. Con las mejoras implementadas en la recolección de datos en las últimas décadas, se ha analizado que el contenido de calor de la parte superior del océano ha aumentado a un ritmo acelerado, debido a fenómenos como el cambio climático y el Fenómeno del Niño. La tasa neta de cambio en los primeros 2000 metros entre 2003 y 2018 fue +0.58±0.08 W/m² (o ganancia media anual de energía de 9,3 zettajulios ). Todavía es difícil medir la cantidad de calor en el océano durante períodos prolongados con la suficiente precisión y cubriendo áreas y profundidades significativas. Esta dificultad explica la incertidumbre en las cifras.
Los cambios en la temperatura del océano afectan, directamente a los ecosistemas en los océanos y también a otros ecosistemas en la tierra. Por ejemplo, existen múltiples impactos en los ecosistemas costeros, como manglares y ciénagas, así las comunidades que dependen de sus elementos y sus servicios ecosistémicos . Los efectos directos incluyen variaciones en el nivel del mar y el hielo marino, cambios en la intensidad del ciclo del agua y la migración de la vida marina, así como la erosión costera y el blanqueamiento de corales.
Cálculos derecha|miniaturadeimagen|257x257px| Gráfico en inglés de diferentes termoclinas o capas de agua. (profundidad versus temperatura del océano ) según las estaciones y la latitud El cálculo del contenido de calor del océano está estrechamente alineado con el valor de la entalpía en la superficie del océano, también llamada entalpía potencial . De este modo, los cambios de OHC, por sus siglas en inglés (ocean heat content) se hacen más fácilmente comparables a los intercambios de calor del agua de mar con el hielo, el agua dulce y el aire húmedo. La OHC siempre se informa como un cambio o como una "anomalía" en relación con una línea de base. Los valores positivos también cuantifican la absorción de calor del océano (OHU- ocean heat uptake) y son variables útiles para analizar dónde están siendo almacenadas la mayor parte de la energía que capta el planeta derivadas del calentamiento global. Al cubrir una porción mayor al 70 por ciento de la superficie terrestre,el océano ha absorbido el 90 por ciento del calentamiento derivado de la emisión de gases de efecto invernadero.
Para calcular el contenido de calor del océano, se requieren mediciones de la temperatura del océano a partir de muestras de agua de mar recolectadas en múltiples lugares y profundidades distintas. La integración de la densidad de área del calor del océano sobre una cuenca oceánica, o todo el océano, da como resultado el contenido total de calor del océano. Por lo tanto, el contenido calorífico total del océano es una integral de volumen del producto de la temperatura, la densidad y la capacidad calorífica en la región tridimensional del océano para la cual están los datos disponibles. Gran parte de las mediciones se han realizado a profundidades inferiores a los 2000 metros y se ha identificado que la mayor cantidad de la energía absorbida por el océano está entre la superficie y los 700 metros de profundidad.
Para calcular la densidad de área del contenido de calor del océano entre dos profundidades se usa una integral definida:
Dónde es la capacidad calorífica específica del agua de mar, h2 es la profundidad inferior, h1 es la profundidad superior, es el perfil de densidad del agua de mar in situ, y es el perfil de temperatura conservadora . se define a una única profundidad h0 generalmente elegida como la superficie del océano. En unidades del SI, tiene unidades de julios por metro cuadrado (J·m −2 ).
En la práctica, la integral se puede aproximar mediante la suma, utilizando una secuencia de datos in situ, buena y de confianza; abarcando temperatura (t), presión (p), salinidad (s) y su correspondiente densidad (ρ). El valor de la temperatura conservadora es un valor traducido, relativo a la presión de referencia (p0) en h0. En cálculos anteriores se ha utilizado un sustituto conocido como temperatura potencial.
Al comparar las mediciones de temperatura versus las mediciones de profundidad del océano generalmente aparece una capa mixta superior (0–200 metros), una termoclina (200-1500 metros), y una capa oceánica profunda (>1500 metros). Estas profundidades de los límites son sólo valores aproximados. La luz solar penetra hasta una profundidad máxima de unos 200 metros; los 80 metros superiores, son conocidos como una zona habitable para la vida marina fotosintética marina, área que cubre más del 70% de la superficie de la Tierra. La acción de las olas y otras turbulencias superficiales contribuyen a balancear las temperaturas en toda la capa superior.
A diferencia de las temperaturas superficiales que disminuyen con la latitud, las temperaturas de las zonas más profundas del océano son relativamente frías y uniformes en gran parte de las regiones del mundo. Aproximadamente el 50% de todo el volumen del océano se encuentra a profundidades inferiores a 3000 metros, siendo el Océano Pacífico la porción más grande y profunda de las cinco secciones oceánicas.
Mediciones miniaturadeimagen|320x320px| La distribución global de flotadores activos en la matriz Argo Las mediciones del contenido de calor del océano presentaban dificultades, especialmente antes del despliegue de los flotadores Argo, cuyos datos son de libre acceso. Teniendo en cuenta que el calor es transferido entre las distintas pareas del océano y los ciclos estacionales, existen dificultades para distinguir entre las tendencias de calentamiento global a largo plazo y la variabilidad climática. Ejemplos de estos factores que aumentan la complejidad del análisis son las variaciones causadas por El Niño-Oscilación del Sur o los cambios en el contenido de calor del océano provenientes de las erupciones volcánicas.
Argo es un programa internacional de flotadores robóticos de perfilamiento desplegados en todo el planeta desde principios del .Las 3.000 unidades iniciales del programa se habían ampliado a casi 4.000 unidades para el año 2020. Cada ciclo de medición dura diez días, inicialmente, el dispositivo desciende mil metros y se deja llevar por la corriente durante los siguientes nueve días. Luego desciende a 2000. metros y mide la temperatura, la salinidad (conductividad) y la profundidad (presión), durante el último día de ascenso a la superficie.Ya en la superficie, el dispositivo transmite los datos del perfil de profundidad y la posición horizontal a través de relevadores o relés satelitales antes de repetir el ciclo.
A partir de 1992, los altímetros del satélite Jason de la serie de satélites TOPEX/Poseidón y posteriores han observado el calor del océano, integrándolo verticalmente, aspecto que es un componente importante del aumento del nivel del mar. Desde el 2002, GRACE y GRACE-FO han monitoreado de forma remota los cambios oceánicos mediante gravimetría, como por ejemplo la pérdida de hielo glaciar en Gorenlandia. La asociación entre Argo y las mediciones satelitales ha producido mejoras continuas en las estimaciones de OHC y otras propiedades oceánicas globales.
Causas de la absorción de calor miniaturadeimagen| El oceanógrafo Josh Willis analiza la capacidad calorífica del agua, realiza un experimento para demostrar la capacidad calorífica utilizando un globo de agua y describe cómo la capacidad del agua para almacenar calor afecta el clima de la Tierra. El calor que absorben los océanos representa más del 90% de la absorción total del calor que hay en el planeta como consecuencia de los cambios inducidos por los humanos en la composición de la atmósfera terrestre. Este alto porcentaje se debe a que las aguas en la superficie del océano y debajo de ella -especialmente la turbulenta capa superior mixta- poseen una inercia térmica mayor que la corteza continental expuesta del planeta, las regiones polares, o la atmósfera. Un cuerpo con gran inercia térmica almacena una gran cantidad de energía debido a su capacidad calorífica volumétrica y transmite energía eficazmente según su coeficiente de transferencia de calor. Gran parte de la energía adicional que ingresa al planeta a través de la atmósfera es absorbida y retenida en el océano. izquierda|miniaturadeimagen| Inventario de calor de la Tierra (acumulación de energía) en ZJ para los componentes del sistema climático de la Tierra en relación con 1960 y de 1960 a 2018. La parte superior del océano (0 a 300 m, línea azul claro y 0 a 700 m, sombreado azul claro) representa la mayor cantidad de ganancia de calor. La absorción de calor planetario o el contenido de calor representa toda la energía agregada o eliminada del sistema climático. Puede calcularse como una acumulación en el tiempo de las diferencias (o desequilibrios ) observados entre la radiación total entrante y saliente. CERES y otros instrumentos remotos han estimado los cambios en el desequilibrio desde la órbita terrestre, y los han comparado con estudios in situ de cambios en el inventario de calor en los océanos, la tierra, el hielo y la atmósfera. Se cree que los aumentos en el contenido de calor planetario durante el período 2005-2019 superan las incertidumbres de las mediciones.