Lifecycle-dependent roles of mesoscale heat transport in marine heatwaves and cold-spells in the East Sea (Japan Sea)

El océano no es una bañera estática de agua; es un sistema viviente y agitado donde el calor se mueve constantemente, moldeando las vidas de todo, desde el plancton microscópico hasta las ballenas masivas. Cuando el agua se calienta inusualmente durante un periodo prolongado, se le llama ola de calor marina, y cuando se enfría inusualmente, se trata de una racha de frío marina. Estos eventos no son solo curiosidades climáticas temporales; pueden devastar las pesquerías, destruir los arrecifes de coral y obligar a ecosistemas enteros a migrar o perecer. Durante años, los científicos han sabido que la superficie del océano a menudo cuenta solo parte de la historia. Así como el aire sobre una habitación puede sentirse cálido mientras el suelo permanece fresco, la capa superior del mar puede experimentar temperaturas extremas que no coinciden con lo que sucede apenas unos metros por debajo. Para comprender verdaderamente por qué estos eventos comienzan, cuánto duran y por qué terminan, los investigadores deben observar toda la capa superior del océano y rastrear el movimiento del calor a medida que fluye a través de corrientes y remolinos, en lugar de simplemente observar el ascenso y descenso de la temperatura superficial.

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Kyungpook en Corea del Sur ha realizado una inmersión profunda en estos misterios, centrándose en el Mar del Este, también conocido como el Mar de Japón. Este cuerpo de agua es un mar dinámico y semiabierto, bordeado por Corea, Japón y Rusia, conocido por sus fuertes corrientes y marcados límites de temperatura. Los científicos querían resolver un rompecabezas específico: ¿qué fuerzas físicas son responsables del nacimiento y la muerte de las olas de calor marinas y las rachas de frío en esta región? Mientras que algunos estudios globales habían sugerido que los pequeños remolinos de agua son los principales impulsores de estos eventos extremos, los investigadores sospechaban que la historia podría ser más compleja en un mar más pequeño y restringido como el Mar del Este. Se propusieron construir un "presupuesto de calor" detallado para los cincuenta metros superiores del océano, rastreando cada caloría de calor que entró o salió del agua durante un periodo de treinta años, de 1993 a 2022. Al utilizar modelos computacionales avanzados que simulan las corrientes y la temperatura del océano, combinados con datos reales sobre el viento y la luz solar, pudieron separar los cambios de calor causados por las corrientes grandes y constantes de aquellos causados por los remolinos más pequeños y caóticos.

Los investigadores comenzaron identificando miles de olas de calor y rachas de frío individuales, tratando cada una como un objeto único en movimiento en el espacio y el tiempo, en lugar de simplemente una colección de píxeles calientes o fríos en un mapa. Encontraron una sorpresa crucial justo al principio: los eventos detectados en la superficie misma del océano solo coincidían parcialmente con los eventos que ocurrían en el agua de abajo. Aproximadamente la mitad de las olas de calor y las rachas de frío que aparecieron en la superficie no tenían un evento extremo correspondiente en la capa más profunda, y viceversa. Esto significa que observar solo las imágenes satelitales de la superficie del mar ofrece una imagen incompleta del verdadero estado térmico del océano. Para obtener la historia completa, el equipo tuvo que analizar toda la capa de cincuenta metros, calculando cuánto calor estaba siendo desplazado por las corrientes del océano.

Cuando observaron cómo crecían estos eventos extremos, los resultados mostraron que el Mar del Este no sigue una regla única y simple. Para las olas de calor marinas, el calentamiento fue impulsado por una combinación de dos fuerzas: las corrientes constantes y de gran escala, y los remolinos más pequeños y caóticos. Ambas desempeñaron papeles significativos en el calentamiento del agua. Sin embargo, para las rachas de frío marinas, la historia fue diferente. El enfriamiento estuvo dominado casi por completo por las corrientes grandes y constantes, con los remolinos más pequeños desempeñando un papel mucho menor. Esto sugiere que los mecanismos que inician una ola de calor no son simplemente la imagen especular de los mecanismos que inician una racha de frío. La ubicación también importaba inmensamente; en algunas partes del mar, los remolinos ayudaban a calentar el agua, mientras que en otras áreas cercanas, en realidad trabajaban en contra del calentamiento, enfriando el agua. Esta complejidad regional demostró que una explicación global única sobre cómo comienzan estos eventos no funcionaría para este mar específico.

El descubrimiento más sorprendente, sin embargo, ocurrió cuando los investigadores observaron qué sucedió después de que estos eventos alcanzaron su máxima intensidad. Independientemente de si el agua estaba extremadamente caliente o extremadamente fría, e independientemente de en qué parte del mar ocurriera el evento, los remolinos más pequeños y caóticos actuaron consistentemente como los "frenos" que terminaron el evento. Una vez que una ola de calor o una racha de frío alcanzó su temperatura máxima, los movimientos giratorios del océano comenzaron a empujar el calor de una manera que devolvió rápidamente el agua a condiciones normales. De hecho, el calor movido por estos remolinos era a menudo lo suficientemente fuerte como para explicar más del 100 por ciento del cambio de temperatura necesario para terminar el evento, lo que significa que otros procesos, como la mezcla vertical o la pérdida de calor hacia el aire, estaban trabajando en contra de este efecto de enfriamiento o calentamiento. Este patrón fue notablemente consistente: los remolinos no necesariamente iniciaban los eventos extremos, pero eran la fuerza fiable que los terminaba, suavizando las anomalías de temperatura y restaurando el equilibrio en el océano.

El estudio también examinó cómo diferentes capas del océano y diferentes tamaños de remolinos afectaban estos resultados. Incluso cuando los investigadores cambiaron la profundidad de su análisis de cincuenta metros a treinta metros, o ajustaron el tamaño de los remolinos que rastreaban, el hallazgo principal permaneció igual. Los movimientos giratorios fueron la fuerza dominante para finalizar los eventos, mientras que las fuerzas que los iniciaron fueron una mezcla más complicada de corrientes grandes y remolos que variaba según la ubicación y según si el agua se estaba calentando o enfriando. Esta distinción entre el inicio y el final de un evento es un refinamiento vital para nuestra comprensión del océano. Sugiere que, si bien los patrones climáticos a gran escala y las corrientes constantes pueden preparar el escenario para un evento extremo, la naturaleza caótica y giratoria del propio océano es lo que finalmente devuelve al sistema al equilibrio.

Esta investigación proporciona una visión más clara y matizada de cómo el océano gestiona las temperaturas extremas. Va más allá de la idea de que una sola fuerza, como los remolinos, es responsable de todo. En su lugar, revela un sistema dinámico donde diferentes fuerzas toman el mando en diferentes momentos. Las corrientes grandes y constantes son a menudo los arquitectos de las rachas de frío, mientras que una asociación entre corrientes y remolinos construye las olas de calor. Pero cuando llega el momento de terminar el drama, los remolinos entran en acción como el botón de reinicio universal, trabajando incansablemente para borrar los extremos y devolver el mar a su estado normal. La capacidad del océano para autocorregirse a través de estos movimientos giratorios es una parte fundamental de su resiliencia, un mecanismo oculto que evita que el Mar del Este permanezca en un estado de temperatura extrema durante demasiado tiempo.