Anticyclonic Eddies in the northeastern Japan/East Sea: simulation, observation and formation mechanisms

El océano no es una lámina de agua uniforme y plana; es un fluido agitado y estratificado donde corrientes masivas fluyen junto a bolsas de agua arremolinadas que giran como gigantescos remolinos de cámara lenta. Estas bolsas giratorias, conocidas como remolinos o eddies, pueden tener cientos de kilómetros de ancho y persistir durante meses, transportando calor, sal y nutrientes a través de vastas distancias. En el Mar de Japón/Mar del Este, un cuerpo de agua semiencerrado rodeado por Rusia, Corea y Japón, el océano está dividido en dos mundos distintos: una región sur cálida y salina y una región norte fría y dulce, separadas por un límite cambiante llamado Frente Subpolar. Mientras que los científicos han estudiado durante mucho tiempo los remolinos en el sur cálido y el noroeste frío, un área específica al oeste de la isla de Hokkaido, en Japón, seguía siendo un misterio. Esta región es un cruce dinámico donde las corrientes cálidas chocan contra montañas submarinas complejas y costas escarpadas, creando una tormenta perfecta para la turbulencia oceánica, pero que nunca había sido mapeada o comprendida sistemáticamente.

Un equipo de investigadores de la Academia de Ciencias de Rusia ha llenado este vacío, dirigiendo su atención a las aguas al oeste de Hokkaido para descubrir cómo nacen estos remolinos, cómo se mueven y qué los impulsa. Al combinar simulaciones computacionales de alta resolución con décadas de mediciones del mundo real, descubrieron que esta zona es una fábrica regular tanto de remolinos que giran en el sentido de las agujas del reloj (anticiclónicos) como de remolinos que giran en sentido contrario a las agujas del reloj (ciclónicos). El estudio se centra intensamente en un remolino específico que gira en el sentido de las agujas del reloj y que se formó en el verano de 2015, siguiendo todo su ciclo de vida desde su primera aparición hasta su desaparición final. Los investigadores descubrieron que este remolino no fue un accidente aleatorio, sino un evento predecible, impulsado por una inestabilidad física específica causada cuando una corriente cálida se acelera y gira alrededor de la escarpada costa de la isla.

Para comprender este fenómeno, los científicos construyeron un gemelo digital detallado del océano en esta región. Utilizaron un modelo computacional llamado ROMS, que divide el mar en una cuadrícula de diminutos cuadrados de solo dos kilómetros de ancho y lo estratifica verticalmente para capturar la profundidad. Este modelo fue alimentado con datos reales sobre viento, temperatura del aire y corrientes oceánicas, ejecutando una simulación de los años 2014 a 2016. Para asegurar que el modelo computacional decía la verdad, el equipo contrastó sus resultados con otras dos fuentes: imágenes satelitales que rastrean la altura de la superficie del mar para revelar las corrientes, y décadas de mediciones de temperatura y salinidad submarinas tomadas por barcos. También observaron las trayectorias de derivadores flotantes liberados en el océano, que actuaron como trazadores físicos, mostrando exactamente hacia dónde se movía el agua. Cuando todos estos métodos diferentes se superpusieron, contaron la misma historia: un enorme remolque de agua cálida se estaba formando y girando efectivamente en la zona.

La vida del remolote de 2015, al que los investigadores llaman AE2015, comenzó a finales de julio. Comenzó como un pequeño giro, de unos 50 kilómetros de ancho, al sur de la península de Shakotan. Mientras la cálida Corriente de Tsushima fluía a lo largo de la costa occidental de Hokkaido, se dividió en dos ramas. Una rama bordeaba la costa, mientras que la otra giró hacia el noroeste, y fue en este punto de giro donde nació el remolino. Durante los siguientes meses, el remolote creció significativamente. Para septiembre, ya se había expandido a aproximadamente 100 kilómetros de ancho, y para octubre, alcanzó un tamaño maduro de hasta 200 kilómetros de diámetro. Sin embargo, este crecimiento no fue uniforme; mientras que la parte superior del remolote se extendía ampliamente, su núcleo permaneció relativamente estrecho, extendiéndose solo unos 50 kilómetros de ancho a profundidades de 200 metros o más. El remolote derivó hacia el noroeste, fusionándose con otros pequeños giros en el camino, antes de colisionar finalmente con un giro estacionario anclado a un monte submarino a finales de octubre, donde se disipó.

El descubrimiento más crítico del estudio concierne al motor que impulsó este crecimiento. Los científicos suelen buscar tipos específicos de inestabilidad para explicar cómo se forman los remolotes. Un tipo común está relacionado con las diferencias de densidad entre las capas de agua, mientras que otro está relacionado con la mera velocidad y rotación del agua misma. Al analizar la física del agua, específicamente una cantidad llamada vorticidad potencial de Ertel, los investigadores determinaron que la fuerza principal detrás de AE2015 fue la inestabilidad inercial. Esto ocurre cuando una corriente fluye tan rápido y gira tan bruscamente que el agua no puede mantener su equilibrio, provocando que se desprenda y gire en un vórtice. La simulación mostró que, a medida que la corriente cálida pasaba rápidamente por la isla de Okushiri y la península de Shakotan, el cambio brusco de dirección creó las condiciones perfectas para que esta inestabilidad desencadenara el proceso. Aunque otro tipo de inestabilidad, conocida como inestabilidad simétrica, estaba presente, desempeñó solo un papel secundario, actuando más como un potenciador que amplificaba el remolote después de que ya se había formado, en lugar de ser la chispa que lo inició.

El estudio también reveló que esta actividad de remolotes no es un evento aislado, sino una característica recurrente de la región. Al analizar datos satelitales que abarcan desde 1993 hasta 2025, el equipo mapeó los "puntos calientes" donde estos remolotes aparecen con mayor frecuencia. Encontraron que los remolotes que giran en el sentido de las agujas del reloj se forman consistentemente en la cuenca central de Japón y a lo largo del límite norte, mientras que los remolotes que givan en sentido contrario a las agujas del reloj tienden a agruparse a lo largo del talud continental y la costa. La presencia de montañas submarinas y la forma compleja de la línea de costa actúan como anclas, guiando dónde se forman estos giros y cuánto duran. Los investigadores confirmaron que el remolote de 2015 fue solo un ejemplo de un patrón regular, respaldado por datos históricos que muestran remolotes similares apareciendo en los mismos lugares en 1974, 1980, 1981 y otros años.

Comprender estas dinámicas es más que un mero ejercicio académico; tiene implicaciones en el mundo real para la vida marina en el Noroeste del Pacífico. Se sabe que los remolotes bombean nutrientes desde las profundidades del océano hacia la superficie, creando zonas de alimentación ricas para el plancton y los peces. Al mapear dónde se forman estos remolotes y cómo se mueven, los científicos pueden predecir mejor dónde será más productivo el océano. El estudio confirma que las aguas al oeste de Hokkaido son una zona vital y activa donde la energía del océano está siendo constantemente remodelada por la interacción de las corrientes cálidas y la tierra. Los investigadores no solo encontraron un solo remolote; descubrieron las reglas fundamentales que gobiernan toda una región del mar, demostrando que lo que parece una turbulencia caótica es en realidad un proceso altamente organizado y repetible impulsado por la física de la corriente y la forma del fondo marino.