La carga oceánica y su modelado

1. La carga oceánica y su modelado Seminario de Posgrado 2011 Efectos de mareas terrestres: observación y modelado Ana Carolina Pedraza De Marchi Claudia Tocho

2. 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?

3. Cual es el origen? La fuerzas gravitatorias ejercida por la luna, el sol provocan: directa partes sólida, líquida y gaseosa Una Rta de la Tierra mareas terrestres, oceánica y atmosférica indirectaefecto 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.

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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 :

10. 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

11. 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

14. 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

15. 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)

16. 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

17. 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

18. Que ordenes de magnitud alcanza? La magnitud depende de la distancia de la masa de agua a la costa • Desplazamiento vertical: 5cm zonas costeras 4cm zonas continentales a 500km de la costa 1cm zonas continentales a1000km de la costa • Desplazamiento vertical: 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

19. 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