Seiche
Onda estacionaria en un cuerpo de agua cerrado o parcialmente cerrado

Un seiche ( / s eɪ ʃ / SAYSH ) es una onda estacionaria en un cuerpo de agua cerrado o parcialmente cerrado . Se han observado seiches y fenómenos relacionados con los seiches en lagos , embalses , piscinas , bahías , puertos , cuevas y mares . El requisito clave para la formación de un seiche es que el cuerpo de agua esté al menos parcialmente delimitado, lo que permite la formación de la onda estacionaria.

El término fue promovido por el hidrólogo suizo François-Alphonse Forel en 1890, quien fue el primero en hacer observaciones científicas del efecto en el lago de Ginebra . [1] La palabra aparentemente había sido utilizada durante mucho tiempo en la región para describir las oscilaciones en los lagos alpinos. Según Wilson (1972), [2] [3] esta palabra del dialecto francés suizo proviene del vocablo latino siccus que significa "seco", es decir, a medida que el agua retrocede, la playa se seca. La palabra francesa sec o sèche (seco) desciende del latín.

Las seiches en los puertos pueden ser causadas por ondas de período largo o de infragravedad , que se deben a la interacción de las ondas no lineales subarmónicas con las ondas de viento , que tienen períodos más largos que las ondas generadas por el viento que las acompañan. [4]

Una onda estacionaria (negra) representada como una suma de dos ondas que se propagan y viajan en direcciones opuestas (azul y rojo).

Causas y naturaleza

Las seiches son a menudo imperceptibles a simple vista, y los observadores en embarcaciones en la superficie pueden no notar que se está produciendo una seiche debido a los períodos extremadamente largos.

El efecto es causado por resonancias en un cuerpo de agua que ha sido perturbado por uno o más factores, más frecuentemente efectos meteorológicos (variaciones del viento y la presión atmosférica), actividad sísmica o tsunamis . [5] La gravedad siempre busca restaurar la superficie horizontal de un cuerpo de agua líquida, ya que esta representa la configuración en la que el agua está en equilibrio hidrostático .

El resultado es un movimiento armónico vertical que produce un impulso que recorre la longitud de la cuenca a una velocidad que depende de la profundidad del agua. El impulso se refleja desde el extremo de la cuenca, lo que genera interferencias. Las reflexiones repetidas producen ondas estacionarias con uno o más nodos o puntos que no experimentan movimiento vertical. La frecuencia de la oscilación está determinada por el tamaño de la cuenca, su profundidad y contornos, y la temperatura del agua.

El período natural más largo de un seiche es el período asociado con la resonancia fundamental de la masa de agua, correspondiente a la onda estacionaria más larga. Para un seiche superficial en una masa de agua rectangular cerrada, esto se puede estimar utilizando la fórmula de Merian: [6] [7]

yo =     2 yo     gramo yo {\displaystyle T={\frac {\ \ 2L\ \ }{\!\!\!{\sqrt {gh}}}}}

donde T es el período natural más largo, L y h son la longitud y la profundidad promedio del cuerpo de agua, y g la aceleración de la gravedad . [8]

También se observan armónicos de orden superior. El período del segundo armónico será la mitad del período natural, el período del tercer armónico será un tercio del período natural, y así sucesivamente.

Aparición

Se han observado seiches tanto en lagos como en mares. El requisito fundamental es que la masa de agua esté parcialmente limitada para permitir la formación de ondas estacionarias. No se requiere regularidad en la geometría; se observa rutinariamente que incluso los puertos con formas extremadamente irregulares oscilan con frecuencias muy estables.

Seiches lacustres

En los lagos más grandes casi siempre se encuentran seiches rítmicos de baja intensidad. Suelen pasar desapercibidos entre los patrones de olas habituales, salvo en períodos de calma inusual. Los puertos , bahías y estuarios suelen ser propensos a seiches pequeños con amplitudes de unos pocos centímetros y períodos de unos pocos minutos.

Los estudios originales en el lago de Ginebra realizados por François-Alphonse Forel descubrieron que el período longitudinal tiene un ciclo de 73 minutos y el seiche transversal tiene un período de alrededor de 10 minutos. [9] Otro lago conocido por sus seiches regulares es el lago Wakatipu de Nueva Zelanda , que varía su altura superficial en Queenstown en 20 centímetros en un ciclo de 27 minutos. Los seiches también pueden formarse en mares semicerrados; el Mar del Norte a menudo experimenta un seiche longitudinal con un período de aproximadamente 36 horas.

Diferencias en el nivel del agua causadas por un seiche en el lago Erie , registradas entre Buffalo, Nueva York ( rojo ) y Toledo, Ohio ( azul ) el 14 de noviembre de 2003

El Servicio Meteorológico Nacional emite avisos de aguas bajas para partes de los Grandes Lagos cuando es probable que se produzcan seiches de 2 pies o más. [10] El lago Erie es particularmente propenso a seiches provocados por el viento debido a su poca profundidad y su elongación en un eje noreste-suroeste, que con frecuencia coincide con la dirección de los vientos predominantes y, por lo tanto, maximiza el alcance de esos vientos. Estos pueden dar lugar a seiches extremos de hasta 5 metros (16 pies) entre los extremos del lago.

El efecto es similar al de una marejada ciclónica como la que provocan los huracanes en las costas oceánicas, pero el efecto seiche puede provocar oscilaciones de un lado a otro del lago durante algún tiempo. En 1954, los restos del huracán Hazel acumularon agua a lo largo de la costa noroeste del lago Ontario, cerca de Toronto , lo que provocó grandes inundaciones y formó un seiche que posteriormente provocó inundaciones a lo largo de la costa sur.

Los seiches lacustres pueden producirse muy rápidamente: el 13 de julio de 1995, un gran seiche en el lago Superior provocó que el nivel del agua cayera y volviera a subir tres pies (un metro) en quince minutos, dejando algunos barcos colgando de los muelles en sus líneas de amarre cuando el agua retrocedió. [11] El mismo sistema de tormentas que causó el seiche de 1995 en el lago Superior produjo un efecto similar en el lago Huron , en el que el nivel del agua en Port Huron cambió en 6 pies (1,8 m) en dos horas. [12] El 26 de junio de 1954, en el lago Michigan en Chicago, ocho pescadores fueron arrastrados de los muelles de las playas de Montrose y North Avenue y se ahogaron cuando un seiche de 10 pies (3,0 m) golpeó la costa de Chicago . [13]

Los lagos en zonas de actividad sísmica, como el lago Tahoe en California / Nevada , corren un riesgo considerable de seiches. La evidencia geológica indica que las orillas del lago Tahoe pueden haber sido afectadas por seiches y tsunamis de hasta 10 metros (33 pies) de altura en tiempos prehistóricos, y los investigadores locales han pedido que se tenga en cuenta el riesgo en los planes de emergencia para la región. [14]

Los seiches generados por terremotos se pueden observar a miles de kilómetros de distancia del epicentro de un terremoto. Las piscinas son especialmente propensas a los seiches causados ​​por terremotos, ya que los temblores del suelo a menudo coinciden con las frecuencias resonantes de pequeños cuerpos de agua. El terremoto de Northridge de 1994 en California provocó que las piscinas se desbordaran en el sur de California. El gran terremoto de Viernes Santo que golpeó Alaska en 1964 causó seiches en piscinas tan lejanas como Puerto Rico . [15] El terremoto que golpeó Lisboa, Portugal en 1755 también causó seiches 1.300 millas (2.100 km) más al norte en Loch Lomond, Loch Long, Loch Katrine y Loch Ness en Escocia , [16] y en canales en Suecia . El terremoto del Océano Índico de 2004 causó seiches en cuerpos de agua estancada en muchos estados de la India, así como en Bangladesh , Nepal y el norte de Tailandia . [17] Se observaron nuevamente seiches en Uttar Pradesh , Tamil Nadu y Bengala Occidental en la India, así como en muchos lugares de Bangladesh durante el terremoto de Cachemira de 2005. [ 18]

Se sabe que el terremoto de Assam-Tíbet de 1950 generó seiches tan lejanos como Noruega y el sur de Inglaterra . Otros terremotos en el subcontinente indio que se sabe que generaron seiches incluyen los terremotos de Kumaon-Barahat de 1803, Allah Bund de 1819 , Bengala central de 1842, Kangra de 1905, Dhubri de 1930, Nepal-Bihar de 1934, Bhuj de 2001, Nias de 2005 y la isla Teresa de 2005. El terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 produjo un seiche en el lago Pontchartrain , Luisiana , con una altura de alrededor de 0,5 pies. El terremoto de Sierra El Mayor de 2010 produjo grandes seiches que rápidamente se convirtieron en un fenómeno de Internet. [19]

Se observaron seiches de hasta al menos 1,8 m (6 pies) en Sognefjorden , Noruega , durante el terremoto de Tōhoku de 2011 en Japón. [20] [21]

Seiches de mar y bahía

Se han observado seiches en mares como el mar Adriático y el mar Báltico . Esto provoca la inundación de Venecia y San Petersburgo , respectivamente, ya que ambas ciudades están construidas sobre antiguos pantanos. En San Petersburgo, las inundaciones inducidas por seiches son comunes a lo largo del río Nevá en otoño. El seiche es impulsado por una región de baja presión en el Atlántico Norte que se mueve hacia la costa, lo que da lugar a bajas presiones ciclónicas en el mar Báltico . La baja presión del ciclón atrae cantidades de agua mayores de lo normal hacia el Báltico, prácticamente sin salida al mar. A medida que el ciclón continúa tierra adentro, se establecen en el Báltico olas seiche largas y de baja frecuencia con longitudes de onda de hasta varios cientos de kilómetros. Cuando las olas alcanzan la estrecha y poco profunda bahía de Nevá, se vuelven mucho más altas, inundando finalmente los diques del Nevá. [22] Se observan fenómenos similares en Venecia, lo que da lugar al Proyecto MOSE , un sistema de 79 barreras móviles diseñadas para proteger las tres entradas a la laguna de Venecia .

En Japón, se han observado seiches en la bahía de Nagasaki , con mayor frecuencia en la primavera. Durante un evento de seiche el 31 de marzo de 1979, se registró un desplazamiento del nivel del agua de 2,78 metros (9,1 pies) en la estación de mareas de Nagasaki; se cree que el desplazamiento máximo en toda la bahía alcanzó los 4,70 metros (15,4 pies). Los seiches en Kyushu occidental , incluida la bahía de Nagasaki, a menudo son inducidos por una baja en la presión atmosférica que pasa al sur de la isla de Kyushu. [23] Los seiches en la bahía de Nagasaki tienen un período de aproximadamente 30 a 40 minutos. A nivel local, los seiches han causado inundaciones, destruido instalaciones portuarias y dañado la pesca: de ahí la palabra local para seiche, あびき( abiki ) , de 網引き( amibiki ) , que significa 'arrastrar una red de pesca'.

En ocasiones, los tsunamis pueden producir seiches como resultado de peculiaridades geográficas locales. Por ejemplo, el tsunami que azotó Hawái en 1946 tuvo un intervalo de quince minutos entre frentes de ola. El período de resonancia natural de la bahía de Hilo es de unos treinta minutos. Eso significa que una de cada dos olas estaba en fase con la bahía, creando un seiche. Como resultado, Hilo sufrió daños más graves que cualquier otro lugar de Hawái, ya que el tsunami y el seiche combinados alcanzaron una altura de 26 pies (7,9 m) a lo largo de la bahía, matando a 96 personas solo en la ciudad. Las olas de seiche pueden continuar durante varios días después de un tsunami.

Las ondas solitarias internas generadas por las mareas ( solitones ) pueden excitar seiches costeros en las siguientes ubicaciones: Isla Magueyes en Puerto Rico, [24] [25] [26] Puerto Princesa en la Isla Palawan, [27] Bahía Trincomalee en Sri Lanka, [28] [29] y en la Bahía de Fundy en el este de Canadá, donde los seiches causan algunas de las fluctuaciones de marea más altas registradas en el mundo. [30] Existe un mecanismo dinámico para la generación de seiches costeros por ondas internas de aguas profundas. Estas ondas pueden generar una corriente suficiente en la ruptura de la plataforma para excitar seiches costeros. [31]

En septiembre de 2023, un enorme deslizamiento de tierra resultante del derretimiento de un glaciar cerca del fiordo Dickson en Groenlandia desencadenó un megatsunami de unos 200 metros (660 pies) de altura. [32] [33] [34] A esto le siguió un seiche con olas de hasta 7 metros (23 pies) de altura que oscilaron dentro del fiordo. [35] Este seiche duró nueve días, lo que refleja el gran tamaño de la avalancha y la forma alargada y estrecha del fiordo. Durante ese período, generó reverberaciones sísmicas inusuales detectadas en todo el mundo, desconcertando a los sismólogos durante algún tiempo antes de que pudieran identificar su origen. [32] [35] [36]

Ilustración del inicio de seiches termoclinales superficiales y subterráneos.

Ondas submarinas (internas)

También se observan seiches debajo de la superficie de cuerpos de agua restringidos, actuando a lo largo de la termoclina . [37]

En analogía con la fórmula de Merian, el período esperado de la onda interna se puede expresar como: [38]

yo = 2 yo do {\displaystyle T={\frac {2L}{c}}} con do 2 = gramo ρ 2 − ρ 1 ρ 2 yo 1 yo 2 yo 1 + yo 2 {\displaystyle c^{2}=g{\frac {\rho _{2}-\rho _{1}}{\rho _{2}}}{\frac {h_{1}h_{2}}{h_{1}+h_{2}}}}

donde T es el período natural , L es la longitud del cuerpo de agua, los espesores promedio de las dos capas separadas por estratificación (por ejemplo, epilimnion e hipolimnion ), las densidades de estas dos mismas capas y g la aceleración de la gravedad . yo 1 , yo 2 Estilo de visualización h_{1},h_{2} ρ 1 , ρ 2 {\displaystyle \rho_{1},\rho_{2}}

A medida que la termoclina se mueve hacia arriba y hacia abajo en el lecho inclinado de un lago, crea una "zona de resaca", donde las temperaturas pueden variar rápidamente, [39] lo que puede afectar el hábitat de los peces. A medida que la termoclina asciende por el lecho inclinado de un lago, también puede causar turbulencia bentónica por vuelco convectivo, mientras que la termoclina descendente experimenta una mayor estratificación y una baja turbulencia en el lecho del lago. [40] [41] Las ondas internas también pueden degenerar en ondas internas no lineales en los lechos inclinados de los lagos. [42] Cuando estas ondas no lineales rompen en el lecho del lago, pueden ser una fuente importante de turbulencia y tienen el potencial de provocar la resuspensión de sedimentos [43].

Seiches de cuevas

El 19 de septiembre de 2022, se produjo un seiche de 1,2 metros de altura en Devils Hole, en el Parque Nacional del Valle de la Muerte , en Estados Unidos, después de que un terremoto de magnitud 7,6 azotara el oeste de México , a unos 2400 kilómetros de distancia. También se observaron seiches en la cueva después de los potentes terremotos de 2012, 2018 y 2019. [44]

Ingeniería para la protección de seiches

Los ingenieros consideran los fenómenos seiche en el diseño de obras de protección contra inundaciones (por ejemplo, la presa de San Petersburgo ), embalses y represas (por ejemplo, la presa Grand Coulee ), cuencas de almacenamiento de agua potable, puertos e incluso cuencas de almacenamiento de combustible nuclear gastado. Las estructuras y los sistemas de dunas de playa son particularmente vulnerables a los daños causados ​​por los altos niveles de agua. Los humedales pueden verse gravemente afectados incluso por pequeñas fluctuaciones en los niveles de agua y, por lo tanto, las fluctuaciones históricas y previstas del nivel de agua son datos cruciales para cualquier diseño costero. La información sobre seiches, junto con las mareas de tormenta y las fluctuaciones de las mareas es esencial. [45]

El período de una seiche depende del tamaño y la profundidad de la cuenca en la que se produce. Si un tren de olas entrante tiene un período similar a la frecuencia natural del puerto, cada ola amplificará la intensidad de la seiche, lo que dará como resultado aguas más agitadas dentro del puerto en comparación con el mar circundante, lo que puede crear problemas para la navegación. Los niveles de marea alta en Venecia , por ejemplo, son el resultado de una combinación de marejadas ciclónicas, marejadas barométricas y seiches. [45] [46]

Véase también

Notas

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  5. ^ Los tsunamis normalmente se asocian con terremotos, pero los deslizamientos de tierra, las erupciones volcánicas y los impactos de meteoritos tienen el potencial de generar un tsunami.
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  8. ^ A modo de ejemplo, el período de una onda seiche en un cuerpo de agua de 10 metros de profundidad y 5 kilómetros de largo sería de 1000 segundos o aproximadamente 17 minutos, mientras que un cuerpo de unos 300 km de largo (como el Golfo de Finlandia ) y algo más profundo tiene un período más cercano a las 12 horas.
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  22. ^ Esto se comporta de manera similar a una marea alta , en la que las mareas entrantes se canalizan hacia un río angosto y poco profundo a través de una bahía amplia. La forma de embudo aumenta la altura de la marea por encima de lo normal y la inundación aparece como un aumento relativamente rápido del nivel del agua.
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Lectura adicional

  • Jackson, JR (1833). "Sobre las lagunas de los lagos". Revista de la Royal Geographical Society de Londres . 3 : 271–275. doi :10.2307/1797612. JSTOR  1797612.
Busque seiche en Wikcionario, el diccionario libre.

General

  • ¿Qué es un seiche?
  • Seiche. Encyclopædia Britannica. Recuperado el 24 de enero de 2004, de Encyclopædia Britannica Premium Service.
  • Calculadora de seiche
  • Bonanza para el Lago Superior: los seiches hacen más que mover agua Archivado el 28 de septiembre de 2011 en Wayback Machine
  • Galería de fotos de tormentas en los Grandes Lagos Seiches, mareas de tormenta y olas de borde Archivado el 25 de agosto de 2009 en Wayback Machine de NOAA
  • Respuesta de plataforma para un par idéntico de solitones KdV incidentes

Relación con los "monstruos" acuáticos

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