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Mareas y Corrientes:
I: Causas de variación del nivel del mar
Begoña Pérez
Puertos del Estado
Curso de Experto en Ingeniería de Puertos y Costas
Universidad de Las Palmas, 10/01/2013
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¿Qué entendemos por nivel del mar?
Las Mareas:
–
–
La teoría de Equilibrio de Newton.
Mareas Reales
Cambios meteorológicos (“storm surges”, inundaciones)
Oscilaciones de alta frecuencia: “secas” y tsunamis
Cambios espaciales y temporales del nivel medio del mar
–
–
–
Variación espacial
Ciclo estacional y variación interanual
Cambios seculares y eustáticos
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¿Qué es el nivel del mar?
¿Qué entendemos por nivel del mar?: todas las variaciones de la
superficie libre de periodo superior al oleaje. Ondas largas o de
aguas someras: Rango de periodos: desde minutos a miles de años
Propagación no
dispersiva:
  D
c  (gD)1/ 2
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Causas de su variación
¿Por qué cambia el nivel del mar?
El nivel del mar varía en el espacio y
en el tiempo, de manera absoluta y
relativa como resultado de:
• Las mareas
• La meteorología
• Terremotos (tsunamis)
• Cambios climáticos
• Tectónica de placas
• Circulación oceánica
• Construcción de embalses, extracción de
aguas subterráneas
• Subsidencias y levantamientos del terreno
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Causas de su variación
Nivel medio del mar: principales agentes de variación
absoluta:
• atracción
gravitatoria del Sol y la Luna
• meteorología
• clima
• variaciones de densidad
• variaciones de masa
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Componentes del dato de nivel del mar
Registro o dato de nivel del mar:
X(t) = Z0(t) + M(t) + R(t)
• X(t): nivel del mar en el instante t
• Z0(t): nivel medio (variación lenta, clima)
• M(t): variación periódica (marea astronómica)
• R(t): variación no periódica (meteorología, efecto
estérico, etc): residuo meteorológico
• Otros: secas y tsunamis: oscilaciones ocasionales que
se superponen a las variaciones fundamentales
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Las Mareas
• Variaciones periódicas del nivel
debidas a los efectos combinados
de la atracción gravitatoria de la
Luna y el Sol, la rotación terrestre
y la fuerza de Coriolis
• Predecibles a partir de registros
de nivel del mar en un punto
• Amplitud variable: desde casi
nula (Mediterráneo) a 12 metros
(Bahía de Fundy)
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Las Mareas
La Teoría de Equilibrio de Newton:
Teoría simplificada que ayuda a comprender el origen de las mareas:
Hipótesis:
• Tierra completamente cubierta de agua (ausencia de continentes)
• profundidad del agua tal que no existe fricción de fondo (respuesta
instantánea a las fuerzas de marea)
Marea de Equilibrio o Elipsoide de Marea: forma que adopta la superficie
del mar una vez alcanzado el estado de equilibrio entre la gravedad
terrestre y las fuerzas generadoras de marea
Dos elipsoides: uno generado por el Sol y otro por la Luna
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Las Mareas
La Teoría de Equilibrio de Newton:
Elipsoide de Marea y
tipos fundamentales
de mareas:
Fg
Fc
Ft = Fg - Fc
• A: Fg > Fc
• B: Fc > Fg
• C: Fc = Fg
• Rotación terrestre 
Ft
A
C
B
Ft
Marea semidiurna (12.5 h)
Ft = 0
• Inclinación órbita Luna
 Marea mixta y diurna
(24 h)
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Las Mareas
La Teoría de Equilibrio de Newton:
• Efecto combinado de la Luna y el Sol: Ciclo de mareas vivas
y muertas (14.8 días)
Marea viva  luna
llena o luna nueva
Marea muerta  cuarto
creciente o menguante
La fuerza generadora de marea del Sol es un 46% de la de la Luna
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Las Mareas
La Teoría de Equilibrio de Newton:
Tipos fundamentales de mareas- relación con movimientos y
tamaños relativos del sistema Tierra-Luna-Sol:
• Mareas semidiurnas (rotación terrestre): dos pleamares y dos
bajamares diarias (periodo 12.5 h)
• Mareas diurnas (declinación lunar): una pleamar y una bajamar
diaria (24h)
• Mareas mixtas: dos pleamares y dos bajamares de distinta
amplitud (desigualdad diurna)
• Mareas de largo periodo:
• Mensual (perigeo Luna): 27.55 días
• Anual (perihelio Tierra): 364.96 días
• Marea nodal (recesión nodo ascendente de la Luna a lo
largo de la Eclíptica): 18.6 años
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Las Mareas
La Teoría de Equilibrio de Newton:
¿Cuándo son más intensas las fuerzas generadoras de marea?:
• Luna y Sol alineados (luna llena y luna nueva)
• Luna y Sol en su posición más cercana a la Tierra (perigeo y perihelio)
• Declinación solar nula (equinoccios): mareas vivas equinocciales
Marea semidiurna más intensa cuando coincide el equinoccio con el
perigeo lunar y con declinación lunar nula:
18 de Marzo de 2007
18 de Marzo de 2011
19 de Marzo de 2015
27 de Septiembre de 2015
8 de Abril de 2020……
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Las Mareas
Las mareas reales
Causas de la diferencia entre las mareas reales y las predichas por
la Teoría de Equilibrio (en amplitud y fase):
Profundidad finita: fricción de fondo impide respuesta instantánea a
las fuerzas de marea
Efecto de Coriolis: rotación de la onda en el sentido de las agujas
del reloj en el hemisferio Norte
Masas continentales: impiden libre propagación de las ondas y
provocan reflexiones, difracciones y refracción
 Aguas someras en las costas: amplificación de las ondas y
aparición de nuevos armónicos
No obstante, las frecuencias más importantes coinciden con la teoría
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Las Mareas
Las mareas reales
Sistema anfidrómico:
las ondas de marea afectadas por la rotación terrestre se
comportan como ondas de Kelvin
en cuencas confinadas, cuyo periodo natural de oscilación se
aproxima al de la marea, la formación de ondas estacionarias
afectadas por el efecto de Coriolis da lugar a la aparición de un
sistema amfidrómico: las ondas giran en torno a un punto de
amplitud nula, llamado punto anfidrómico.
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Las Mareas
Las mareas reales
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Las Mareas
Las mareas en la costa española:
• Santander: semidiurna
• Las Palmas: semidiurna
Carrera máxima: 500 cm
Carrera máxima: 297 cm
• Málaga: semidiurna
• Barcelona: mixta
Carrera máxima: 92 cm
Rango máximo: 40 cm
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Influencia de la meteorología
 Presión atmosférica, viento y
oleaje producen variaciones
de nivel durante una tormenta:
storm surge
 Duración: horas a días
 Magnitud: decenas de cm a
varios metros
 Huracán Carol: 31 de Agosto
de 1954, Rhode Island
(EEUU). Presión: 960 mb:
Nivel: entre 2.5 y 3.5 m por
encima de la marea
astronómica
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología
sobre el nivel del mar:
Presión atmosférica: fuerza vertical
(disminución de 1 mb = aumento de
nivel de 1 cm, hipótesis de barómetro
Invertido)
Viento: provoca desplazamiento
y apilamiento del agua en la costa
Oleaje el oleaje produce una
subida del nivel medio al llegar a
la costa: set-up de oleaje
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar:
 Se puede predecir a corto plazo mediante modelos de circulación
forzados con presión y viento de un modelo meteorológico:
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar:
 La magnitud de estas variaciones es mayor en latitudes altas,
tormentosas y de aguas someras
 Su impacto puede ser catastrófico en tierras bajas y deltas
(Bangladesh, Holanda…)
 “Storm surge” históricos:
Fecha
Región
Máximo
residuo
Pérdidas
humanas
1864, 1876
Bangladesh
?
250000
Sept. 1900
Galveston, Texas
4.5 m
6000
Ener. 1953
Mar del Norte
3.0 m
2000
Novi. 1970
Bangladesh
9.0 m
500000
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar:
Más recientemente:
 Huracán Katrina (Nueva Orleans, Agosto de 2005): máximo residuo 3.5
metros en el área del Delta del Misissipi
 Mar del Norte, 9 de Noviembre de 2007: el mayor desde el “storm
surge” histórico de 1953. Máximo residuo 2.40 m en Sheerness. No
coincidió con la pleamar, menos daños
 Ciclón Nargis (Myanmar, 2-4 de Mayo de 2008): 22000 muertos y
mismo número de desaparecidos.
 Sandy (costa Este de Estados Unidos, 2012)
Fenómeno frecuente, sin sistemas de alerta ni detección, la población
está completamente desprotegida
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar:
Aunque de menor importancia en la costa española y menos impacto en
vidas humanas, ocasionalmente se producen importantes daños en las
infraestructuras relacionados con subidas de nivel del mar durante una
tormenta:
Fecha
Zona
Máximo
residuo
Daños
Enero 1996
Galicia
60 cm
Rotura paseo
marítimo Coruña
Novi. 2001
Mediterráneo
70 cm
Inundaciones y
daños en
puertos
Novi. 2002
Galicia
70 cm
Acci. Prestige
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar:
10-16 de Noviembre de 2001:
fuerte oleaje acompañado de una
excepcional subida del nivel del mar y
persistencia temporal
“Unas treinta de carreteras quedaron cortadas y las
olas se tragaron la arena de muchas playas.
Algunas calles fueron invadidas por el mar” (El
País Digital, 12/11/2001)
“ En la Comunidad Valenciana, olas de siete metros de
altura destruyeron ayer tarde parte de la escollera del muelle
de la Cerámica, situada en la zona norte del puerto de
Castellón. La zona afectada de la escollera tiene una
longitud de un kilómetro y está totalmente inundada y llena
de cascotes..” (El País Digital, 16/11/2001)
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Influencia de la meteorología
Influencia de la meteorología sobre el nivel del mar:
Noviembre 2001: máximos niveles del mar registrados por REDMAR:
Barcelona
Valencia
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Secas y Tsunamis
Secas:
Oscilaciones de nivel con periodos de varios minutos, que se
superponen a la marea en puertos, bahías o golfos. Producidas por una
perturbación en la presión atmosférica y el viento, que da lugar a un
fenómeno de resonancia local
Periodo de oscilación depende de las dimensiones de la masa de agua
afectada, y coincide con su periodo natural de oscilación:
2L
n gD
En puertos y bahías, el nodo está situado cerca de la bocana o entrada,
y el antinodo en el extremo cerrado:
4L
gD
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Secas y Tsunamis
Secas:
Fenómeno frecuente en el Mediterráneo, donde la amplitud puede ser
del orden o superior a la propia marea y a los efectos meteorológicos.
Ejemplo en Barcelona: periodo de oscilación 36 minutos
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Secas y Tsunamis
Tsunamis:
Origen: movimiento vertical
del fondo marino por una de
las tres causas siguientes:
 terremoto
 corrimiento de tierras
 erupción volcánica
La perturbación en el gradiente horizontal de presión se propaga como una
onda apenas apreciable en aguas profundas, que se amplifica al llegar a
aguas someras
Longitudes de onda de 100 a 200 km, periodos de minutos a horas
Pueden dar lugar a resonancias o “secas” en bahías o puertos
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Secas y Tsunamis
Tsunamis:
Diferencia entre
tsunami y oleaje
producido por viento:
 Oleaje: energía en
la capa superficial del
mar
 Tsunami: energía
en toda la columna
de agua = cambio de
nivel del mar
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Secas y Tsunamis
Tsunamis:
 El más grave en en Europa: terremoto de Lisboa (1755)
 El más reciente en Europa: terremoto de Argelia (2003)
 El más reciente y devastador: terremoto de Indonesia (2004)
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Secas y Tsunamis
El tsunami de Indonesia:
Características L~100 km, T~min-horas , C ≤ 800 km/h
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Secas y Tsunamis
El tsunami de Lisboa (1755):
 Magn. Terr. >8.6 ???
 Epicentro: 200 km. al sur
del Cabo San Vicente
 10.000 muertos en
Cádiz y Huelva y
Marruecos
 Olas hasta Sevilla río
arriba y de hasta 3 m en
el Sur de Inglaterra
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Secas y Tsunamis
El tsunami de Argelia (2003):
 Un ejemplo cercano: el
tsunami producido por el
terremoto de Argel el 21
de Mayo de 2003
produjo graves daños en
puertos de Baleares

Oscilaciones de nivel
del mar de más de 1
metro en Mahón y San
Antonio destrozaron
decenas de caras
embarcaciones
deportivas
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Secas y Tsunamis
El tsunami de Argelia (2003):
 Ejemplo del tsunami detectado por los mareógrafos de Puertos del
Estado en el Mediterráneo tras el terremoto de Argelia del 21/05/2003
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Nivel medio del mar
El nivel medio del mar ¿una referencia?
Pero ¿quién diría que la
superficie del mar está inclinada?
(Estrabón, “Geografía”)
 El nivel medio del mar, por su apariencia plana en relación a la tierra, se
ha considerado históricamente una referencia de medida de altitudes
 Sin embargo, la superficie media del mar SÍ presenta variaciones de
altura de un lugar a otro y a lo largo del tiempo
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Nivel medio del mar
Algunas definiciones importantes:
 Definición de nivel medio del mar: altura de agua promediada en un
periodo de tiempo suficientemente largo para filtrar las oscilaciones
producidas por el oleaje, las “secas” y las mareas (diario, mensual,
anual..)

Varía espacial y temporalmente, pero con un orden de magnitud
normalmente mucho menor que las variaciones de mayor frecuencia (10
a 20 cm por siglo)

Nivel medio del mar en la costa (medidas de mareógrafos): nivel medio
relativo a una señal de referencia en tierra, corresponde a la diferencia
entre los movimientos verticales del terreno y el del nivel medio del mar
(variación absoluta)
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Nivel medio del mar
Variación espacial:
 Elipsoide de revolución: forma
que, distorsionada por la
rotación terrestre, adoptaría la
superficie equipotencial de la
Tierra si la densidad de la
misma fuese uniforme
 Geoide: superficie
equipotencial real que puede
diferir en varias decenas de
metros del elipsoide, debido
a la densidad no homogénea
de la Tierra
 El geoide constituye la referencia para el cálculo de gradientes
horizontales de presión  Corrientes
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Nivel medio del mar
Variación espacial:
La superficie del mar no coincide con el geoide debido a:
la variación espacial de la densidad del agua (temperatura, salinidad y
presión)
variación espacial de la presión atmosférica y los vientos medios
Los cambios espaciales de nivel equivalen a gradientes horizontales
de presión que dan lugar a corrientes (equilibrio geostrófico), en
dirección perpendicular al gradiente:
1 P
fv 
 x
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Nivel medio del mar
Variación espacial:
 Diferencias del geoide respecto al elipsoide: -105 m ( Sur de India) a
75 m (Norte de Australia)


El nivel medio del mar
varía con respecto al
geoide hasta 1 metro
debido a diferencias de
temperatura, salinidad,
presiones y vientos
medios y corrientes
oceánicas
Ej: nivel medio en la
costa Pacífica de Panamá
0.20 m superior al de la
Atlántica
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Nivel medio del mar
Variación espacial:
La variación espacial
del nivel medio del mar
refleja los patrones de
circulación oceánica
permanentes, como la
Corriente del Golfo, o
perturbaciones
ocasionales en la
misma como el
fenómeno de El Niño
(subida de nivel del mar
en el Este del Pacífico)
 Máximos niveles en zonas
tropicales de Indico y Pacífico, y
mínimos en torno a la Antártida
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Nivel medio del mar
Ciclo estacional y variación interanual:
 El ciclo estacional
está producido por
la variación de la
radiación solar a lo
largo del año y el
diferente grado de
calentamiento del
agua
 Influyen también
las variaciones
estacionales en
presión y viento, y
en las corrientes
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Nivel medio del mar
Ciclo estacional y variación interanual:
 La variabilidad interanual y decadal en el sistema océano-atmósfera
produce importantes cambios de nivel del mar a gran escala
 Ej: El Niño, causa
diferencias de nivel del
Mar de entre 20 y 30 cm
a ambos lados del
Pacífico
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Nivel medio del mar
Cambios seculares y eustáticos:
 Cambios seculares: cambios en el nivel medio del mar a largo plazo
 Cambios eustáticos: cambios en el nivel medio del mar global
 Movimientos epirogénicos: movimientos verticales del terreno de
carácter regional
Problema: identificar y separar los cambios eustáticos y epirogénicos,
cuando sólo se conocen los cambios seculares en estaciones
particulares
Los cambios globales o eustáticos se producen cuando se altera el
volumen total de agua en los océanos por:



deshielo de los casquetes polares y los glaciares
aumento de la temperatura del agua (expansión térmica)
cambios en las reservas de agua dulce
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Nivel medio del mar
Cambios seculares y eustáticos:

El nivel medio del mar experimenta cambios aparentemente
lentos a lo largo de los siglos (milímetros/año)

Este ritmo se altera ante un cambio climático modificando la
línea de costa: el nivel medio global subió 125 m una vez
finalizado el deshielo tras el pico de la última glaciación, hace
21000 años

Los efectos de un cambio climático permanecen durante siglos
e incluso milenios, aunque a un ritmo más lento
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Nivel medio del mar
Los movimientos de la tierra:

Movimientos locales o regionales de la tierra pueden incrementar
estos cambios en un factor de 2 ó 3 e incluso producir una aparente
disminución del nivel del mar (ej: mar Báltico: rebote tras el deshielo)

Rampa romana en
Corintio (Grecia),
inicialmente cubierta
por el nivel tras un
período de subsidencia
y elevada
posteriormente por
actividad tectónica
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Nivel medio del mar
El efecto invernadero:

Los cambios en la cantidad de gases de efecto invernadero y
aerosoles en la atmósfera, alteran el balance de energía del sistema
climático

El calentamiento del planeta en la actualidad es inequívoco a partir
de los datos de temperatura, nivel del mar y de la observación de
glaciares y masas de hielo. Uno de los efectos más devastadores de
este calentamiento es el aumento del nivel del mar

Los últimos estudios consideran prácticamente demostrado que estos
cambios tienen al menos en parte origen antropogénico
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Nivel medio del mar
El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)


La temperatura global superficial ha aumentado entre 0.56 y 0.92º C
en los últimos 100 años (superior a la del IPCC del 2001)
Este ritmo de calentamiento es probablemente el más importante del
último milenio (11 de los últimos 12 años están entre los 12 años más
cálidos del registro histórico)
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Nivel medio del mar
El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)
Datos mareógrafos y
altimetría:
Subida del nivel
medio en el siglo XX:
entre 12 y 22cm
Subida del nivel
medio global 19612003: 1.8mm/año
Ritmo de subida
1993-2003: 3.1
mm/año
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Nivel medio del mar
El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)
 La desaparición reciente
de zonas de las masas
de hielo de Groenlandia
y la Antártida causa más
probable del aumento
del nivel del mar 19932003
 La contribución del
deshielo de los glaciares
a la subida del nivel
medio ha aumentado
considerablemente
desde 1960
Rotura Plat. Larsen, de 3000 km2 (2002)
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Nivel medio del mar
El efecto invernadero: últimos datos (IPCC 2007)
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Nivel medio del mar
Consecuencias de la subida del nivel del mar:

Aumento de la erosión en playas
(entre 50 y 200 veces el ritmo de
subida del nivel medio) y
acantilados

Aumento del daño durante
inundaciones y tormentas, así
como la frecuencia de éstas

Inundación de áreas bajas

Intrusión salina en acuíferos

Subida del nivel de la capa
freática
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Nivel medio del mar
Variaciones regionales de las tendencias
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Nivel medio del mar
Impacto en la población:
Las zonas más afectadas serán las pequeñas
islas y las zonas bajas (deltas) (en muchas
ocasiones zonas densamente pobladas y con
pocos recursos económicos y de adaptación)
 Bangladesh podría perder el 17% de su costa
ante una subida del nivel medio de un metro

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Nivel medio del mar
Ciclo natural o efecto antropogénico
Los modelos confirman la influencia del hombre con más certeza en los
últimos informes del IPCC
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Nivel medio del mar
Últimas previsiones (IPCC 2007)
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Nivel medio del mar
Últimas previsiones (IPCC 2007)
El nivel del mar subirá
entre 0.09 y 0.88 m en
los próximos 100 años,
aunque con grandes
variaciones regionales.
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Nivel medio del mar
Observaciones frente a previsiones
Los datos observados de mareógrafos y altímetro siguen el umbral
superior de los rangos de subida de nivel previstos por el IPCC
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Nivel medio del mar
El futuro…. (Meehl et al, Science, 2005)

En el futuro la contribución a la subida del nivel del mar del deshielo
de los casquetes polares y los glaciares podría doblar la debida a la
expansión térmica

Si la concentración de gases efecto invernadero se estabiliza en el
valor actual: la temperatura irá estabilizándose durante unos 100 años,
pero el nivel del mar, por efecto térmico, continuará subiendo imbatible
a un ritmo muy superior al de la temperatura (tres veces más rápido)

Esto confirma que el efecto del cambio climático sobre el nivel del mar
es mucho mayor y de más largo plazo que el efecto sobre la
temperatura
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