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La carga oceánica y su modelado
Seminario de Posgrado 2011
Efectos de mareas terrestres: observación y
modelado
Ana Carolina Pedraza De Marchi
Claudia Tocho

La carga oceánica:
 Cual
es el origen?
 Cual es el mecanismo?
 Porque esta limitada a la reacción elástica de
la corteza?
 Los efectos de la carga oceánica:
Observables
 Que ordenes de magnitud alcanza?
 Como está relacionada con las mareas
terrestres?
Cual es el origen?
La fuerzas gravitatorias ejercida por la luna, el sol provocan:
Una Rta de la Tierra
directa partes sólida, líquida y gaseosa
mareas terrestres, oceánica y atmosférica
indirecta efecto oceánico indirecto (EOI)
Los desplazamientos verticales periódicos de las masas de agua
generados por el potencial luni-solar provocan fenómenos de carga
sobre el fondo oceánico que originan una respuesta indirecta de la
corteza llamado efecto oceánico indirecto (EOI) o efecto de carga
oceánica de marea
El efecto de carga ejercida por las masas de agua, bajo la fuerza de la
marea, puede observarse en:
desplazamientos de la corteza (vertical y
horizontal),variaciones de gravedad e inclinación y extensiones.
Sobre la superficie terrestre el efecto de carga oceánica se observa
periódicamente en forma de deformaciones y variaciones de la
gravedad.


Carácter temporal:
La marea terrestre como el EOI están generados por el mimo origen
astronómico, el potencial luni-solar de mareas.
Ambos fenómenos tienen el mismo espectro de frecuencias
Carácter espacial:
La estructura de la variacion espacial depende de las propiedades
locales de la corteza terrestre y del manto superior.
Las mareas terrestres varian gradualmente sobre la superficie
dependiendo de las propiedades globales de la reologia Terrestre

Problema : Dadas las dimensiones y propiedades mecánicas de la
tierra como un todo o parte de ella determinar la deformación , tensión y
esfuerzos del cuerpo a través del tiempo.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)
El potencial gravitacional de una esfera deformada

Muchas de las observaciones globales (mareas, rotación) son causados
por potenciales armónicos

Determinar la deformación del planeta sujeto a ese potencial con las
ecuaciones (1-5)
Para muchas aplicaciones geofísicas:
Modelo de tierra con simetría esférica, no rotante, inicialmente con
equilibrio hidrostático.
Love (1909) asumió que la deformación de la superficie debido a un
potencial así podía escribirse como:
Y el potencial adicional



La notación
se reserva para la deformación por fuerzas
de volumen o potencial que no son cargas superficiales
y
para cargas superficiales
Cual es el mecanismo?
La carga de marea esta producida por cargas de masa en la superficie
del planeta que varian armónicamnete con los periodos de
marea(oceanica, atmósferica). Ademas de sus efectos gravitacionales
existe en la supercicie del planeta una presion.
El planeta reacciona por cambios en su distribución de masa
Para un t fijo la distribucion espacial de carga en la superficie de la
esfera puede representarse por una capa supericial delgada que permite
un desarrollo en armonicos esfericos:
La densidad de carga supericial tiene un portencial gravitacional
Los dezplazamientos resultantes y la perturbation del Potencial
gravitacional pueden describirse por los coeficientes de masa
de carga

Definiendo:

Los desplazamientos son:

Y la perturbación del potencial gravitacional:

La desviación de las superficies equipotenciales :

Para un dado modelo de Tierra existen 3 relaciones que vinculan los
coeficientes de carga de masa con los coeficientes de tracción y los
números de love de marea corpórea
Los modelos de tierra

Pueden estar caraterizados por su geometria(esfèrica o eliptica),
rotacion, dependencia espacial de sus propiedades mecanicas y por
su reologia (densidad, modulos de rigidez,...)

Relaciones entre el potencial de marea y las deformaciones que
origina son mas complejas al considererar elipticidad,rotacion
heterogeneidades laterales en al corteza, ect




SNREI : simetría esférica, sin rotación, elástico e isótropo, densidad
dependiente del radio, estado inicial de esfuerzo hidrostático.
Modelo Kelvin : Esfera elástica homogénea incompresible cuyas
propiedades medias son las mismas que la de la Tierra real.
Modelo Wiechert : Manto homogéneo incompresible que rodea un
nucleo esferico líquido.
Gutemberg-Bullen
Basados en la interpretacion de los tiempos de llegada de las ondas
sismicas
 PREM (Preliminary Reference Earth Model ,D&A) incluyen registros
sismicos globales, disipacion a travez de un factor de calidad Q

En el estudio de la Rta terrestre a las fuerzas derivadas del potencial de
mareas es suficiente considerar nº de Love de grado bajo (dependen de
los parámetros elásticos ( R), no siendo sensibles a la estructura de la
corteza y el manto



Modelo Viscoelastico
Se obtienen la tension y deformacion replanteando los modulos elasticos
con la dependencia del tiempo.
Se utiliza el dominio T de Laplace
Parámetros elásticos para un
modelo reológico Maxwell
Números de Love
para el modelo
terrestre Kelvin
Porque esta limitada a la reacción elástica de la corteza?
Para s grande, a T pequeño , la Rta es
esencialmente la de un cuerpo elastico
Para escalas de tiempo cortos (minutos,
horas,meses) la tierra se comporta como
un solido elastico.
La carga oceanica estrá determinada por
la elasticidad de la tierra
T 12h, 24h
La anelasticidad del manto introducira un
retraso en el tiempo de Rta (tener en
cuenta segun presicion)
Los efectos de la carga oceánica: Observables

Desplazamientos
 GPS: de alta precisión los desplazamientos originados por el EOI
influyen significativamente sobre posiciones predominantemente en la
dirección radial.
Precisión de redes GPS (cm en radial),(mm en tang)
Ej.: noreste de Australia 10 cm (en 6hs).
Puede estimarse el EOI con mediciones continuas
de GPS precisiones (mm)
 SLR, VLBI presiciones(cm,mm) :en coordenadas y LB el EOI puede
influir en varios cm
Despl.. radial y tangencial del EOI pueden estudiarse
con presiciones (<mm)
Medidas altimétricas contienen contribuciones de
marea terrestre , marea oceánica efecto de carga


Variaciones de gravedad
Gravímetros: miden variación del modulo de la gravedad
asociadas con la redistribución de masa.
Fuentes (geofísicas, geodinámicas locales, regionales y
globales) Afectan a la lectura la marea terrestre y el EOI
relativos
LaCoste& Romberg(G o D o Sintrex)
Gravimetro superconductor SG
absolutos medida directa de la gravedad por caida libre
presiciones de


En las nuevas misiones satelitales Champ, Grace, Goce surge la
necesidad de mejorar los modelos de marea oceánica puesto que
se utilizaron a priori para la construcción de modelos
geopotenciales
Que ordenes de magnitud alcanza?
La magnitud depende de la distancia de la masa de agua a la costa


Desplazamiento vertical:
5cm
4cm
1cm
Desplazamiento vertical:
zonas costeras
zonas continentales a 500km de la costa
zonas continentales a1000km de la costa
La componente tangencial es del orden de 1/3 de la vertical

Variaciones de la gravedad:
En zonas próximas a la costa e islas oceánicas las variaciones
causadas por el EOI son de

Deflexión de la vertical:
200mas
Como está relacionada con las mareas terrestres?
 En zonas próximas a la costa el EOI es responsable de el 10%, el
90% y el 25% de las señales de marea registradas en gravedad,
inclinación y extensión, respectivamente.

EOI esta acoplado a las mareas terrestres
dado que ocurren con el mismo T.
se superponen y la suma es vectorial
(por componentes)

Aplicaciones donde es útil su modelado

GPS, VLBI, SLR, Altimetría Satelital

Gravimetría :terrestre y espacial.
Estudio de los procesos y propiedades del interior terrestre