LA SITUACION Y EL RELIEVE MARINO.

Situación.

La situación se define sobre la superficie curvada de la Tierra por medio del sistema universal de longitud y latitud. Todos los diccionarios geográficos internacionales, y la mayoría de los nacionales, usan este sistema para situar rasgos catalogados. Los mapas a pequeña escala y las cartas marinas muestran generalmente un reticulado (malla) de meridianos y paralelos, para ayudar en la ubicación de los rasgos empleando sus coordenadas geográficas.

Las cuadrículas de las cartas marinas están basadas en puntos cuya latitud y longitud ha sido fijada por observaciones astronómicas o de satélites. Por el contrario, los mapas topográficos están acotados y ligados al punto local del datum geodésico nacional, que es una red de referencia para posiciones horizontales. En ocasiones esto da lugar a discrepancias al comparar la situación mostrada sobre el reticulado de una carta marina costera y la que indica un mapa topográfico. Esta es una de las principales razones de los esfuerzos que se están llevando a cabo para desarrollar un datum geodésico mundial basado en las observaciones de satélites.

El relieve marino - La Tercera dimensión

La mayoría de la gente piensa en la situación solo en términos horizontales, no cayendo en la cuenta de la importante tercera dimensión de nuestro medio ambiente - la vertical. Para ciertas aplicaciones, la dimensión vertical es un factor importante, y en ocasiones crítico, que los cartógrafos tienen que reflejar dentro de sus gráficos bidimensionales. En el medio marino, buques enormes y pesados tienen que maniobrar a escasos metros sobre un fondo invisible y potencialmente letal. Una carta náutica actualizada mostrará al navegante la topografía del fondo del océano, de tal forma que pueda navegar con seguridad por los valles y crestas submarinos.

Valores puntuales

La representación más sencilla de la elevación del terreno es el empleo de valores puntuales para indicar la medida de la altura o de la profundidad que corresponde a ese punto en particular. El lugar se representa mediante un pequeño símbolo puntual con un número a su lado que indica la altura o la profundidad por encima o por debajo de un valor de referencia o plano de referencia. En planos topográficos y cartas aeronáuticas la medida de la altura está relacionada con el Nivel Medio del Mar; sobre cartas marinas, las elevaciones y profundidades están en relación con el plano de referencia de la carta.

Sobre los mapas topográficos, los valores puntuales conocidos como cotas, se muestran mediante puntos topográficos físicamente construidos sobre el terreno. A otros accidentes significativos tales como cimas de colinas, pasos de montaña e intersecciones de carreteras también se les coloca cotas (Figura 4.9). Sobre las cartas náuticas, las sondas son valores puntuales que muestran la profundidad del agua (Figura 4.10). Las cotas y las sondas son muy simples y exactas para el punto específico elegido. No obstante, no proporcionan un efecto gráfico de forma, ni indican los valores situados entre los puntos. Debido a esta limitación, el observador del mapa no puede visualizar fácilmente las características de la superficie que se está

mostrando. Las cotas y las sondas se utilizan mas frecuentemente como un suplemento de información a alguna otra técnica para mostrar el relieve.

Figura 4.8  Relación entre superficies de marea, datum cartográficos y carateristicas fisicas.(Según W.D. Forrester, 1983)

HWL - Nivel medio del mar - la media de todos los niveles horarios del mar sobre el periodo de registros disponible.

HHWT - Mayor pleamar, grandes mareas - media de las mayores pleamares, una para cada 19 años de predicción.

HHWMT -

Mayor pleamar, mareas medias - media de todas las mayores pleamares en 19 años de predicciones.

LLWMT - Mayor bajamar, grandes mareas - media de las mayores bajamares, una para cada 19 años de predicción.

LNT - Bajamar más baja - en el presente es sinónima de LLWLT, pero en las cartas antiguas puede referirse a diversos datum cartográficos de bajamar.

Las cartas náuticas han mostrado tradicionalmente un gran número de sondas, además de las isolíneas o isobatas, para indicar al marino la fiabilidad de la información de la cual se deriva la carta. No obstante, con la creciente exactitud de los detalles de las modernas prospecciones marinas, muchas organizaciones cartográficas marítimas han abandonado esta práctica, lo que simplifica tanto la producción como el uso de estos productos visualmente más atractivos.

Isolíneas

Las curvas de nivel, o isolíneas, son con mucho el método más ampliamente utilizado para reflejar el relieve o las profundidades sobre mapas y cartas (Figura 4.9). Pueden definirse como líneas de elevación o profundidad constantes; son imaginarias pero aparecen en el mapa como líneas reales.

Las curvas de nivel pueden obtenerse de diversas maneras, incluyendo:

técnicas tradicionales de prospección;

prospecciones hidrográficas;

interpolación a partir de cotas o sondas;

trazado fotogramétrico;

técnicas de plomada en ortofotoproducción.

conversión a partir de otros mapas.

Desafortunadamente, en raras ocasiones es posible determinar el origen y la naturaleza de las curvas de nivel sobre un mapa dado. En particular, la fiabilidad de las curvas de nivel interpoladas o dibujadas variará de mapa y con la pericia del cartógrafo. Las curvas de nivel de muchos mapas viejos deben ser tratadas con precaución, a menos que proporcionen detalles sobre la exactitud. El obtener isolíneas exactas por medio de métodos tradicionales de prospección es tedioso y frecuentemente duplicará el coste de una prospección dada. De aquí que muchas curvas de nivel han sido interpoladas a partir de un mínimo de datos de prospección. En general, las isolíneas modernas dibujadas fotogramétricamente están delineadas con un gran detalle y, por ello, su exactitud revelará frecuentemente los errores existentes en mapas más antiguos.

Isobatas

La prospección del fondo del océano está aún sujeta a una considerable dificultad, ya que los barcos y la superficie del agua están normalmente en movimiento durante la prospección. La exactitud de las situaciones en el mar, hasta la llegada de los satélites, dependía de la distancia a tierra. La situación en alta mar dependió históricamente de las observaciones astronómicas utilizando sextantes, que no se destacaban por su exactitud.

Figura 4.9   E1 relieve retratado por les curvas de nivel. (Según Department of Energy, Mines and Resources, Canadá, n.d.)

Figura 4.10   Carta náutica mostrando las profundidades. (Canadian Hydrographic service, Chart no. 4332)

 La carta marina

Función

Una carta marina es esencial para la navegación segura, y la práctica de prospectar y cartografiar el mar con el fín de navegar es conocida como hidrografía. Las cartas marinas son importantes para una diversos sectores incluyendo:

i)   tráfico marítimo comercial;ii)   flotas pesqueras;iii)   operaciones en acuicultura;iv)   industrias petroleras y del gas en alta mar y en la costa;v)   minería costera y plantas industriales;vi)   Navegación de recreo.

La prospección hidrográfica

La operación fundamental en la prospección hidrográfica es el sondeo, esto es, la medición de las profundidades del agua. Estas se indican sobre una carta mediante los siguientes convencionalismos:

i) las sondas de profundidad se representan mediante un símbolo puntual, con un número junto al mismo expresando la profundidad;

ii) las curvas de nivel, a las que se denomina isobatas en las cartas marinas, que unen sondas de igual profundidad;

iii) el código de colores, que indica un incremento o disminución de la profundidad mediante el uso de tonalidades de un color.

Durante siglos las sondas fueron obtenidas mediante un peso de plomo atado a una cuerda y descendido por el costado del barco. Este método, aunque exacto, consume mucho tiempo y no dá un perfil continuo del océano. No obstante, el método de la plomada es aún utilizado hoy en día para prospecciones a gran escala de áreas cerradas, y para el reconocimiento de bancos.

La mayoría de las prospecciones modernas se llevan a cabo con un instrumento conocido como Sonar (Sound Navigation and Ranging), también llamado determinador acústico de la profundidad, ecosondador o brazómetro. Las profundidades se determinan mediante la medición del tiempo requerido por una onda sónica en desplazarse desde un transductor instalado en el casco de un barco de prospección, al fondo del océano y de regreso al barco. El fondo del mar refleja el sonido como la cara de una montaña refleja el sonido en el aire, produciendo un eco. De hecho, los ecos se obtienen más fácilmente del fondo del mar. Debido a su más baja absorción, el sonido en el agua viajará mucho más lejos que lo hará en el aire. Las propiedades del agua de mar también aseguran unas velocidades del sonido razonablemente más constantes - unos 1.440 metros por segundo.

Figura 5.7   Información en el margen para un mapa topográfico. (Según J.S. Keates, 1973)

Figura 5.8   Información en el marco para un mapa topográfico. (Según J.S. Keates, 1973)

Las distancias del Sonar se obtienen midiendo el tiempo de desplazamiento de ida y vuelta de la señal, dividiéndolo por dos y multiplicándolo por la velocidad del sonido en el agua de mar. Una medida que antes tomaba horas usando el método de la plomada, se puede ahora obtener en segundos utilizando el sonar. Los ecosondadores modernos registran contínua y automaticamente señales, creando un perfil contínuo del relieve del fondo a lo largo del rumbo del barco.

Situación

Las sondas tienen que ser situadas con precisión sobre una carta. En días pasados, cuando normalmente las prospecciones se llevaban a cabo a la vista de la costa, se medía la situación geográfica de estas sondas con un sextante, un instrumento para medir ángulos. Una lectura típica de un sextante se obtiene midiendo simultaneamente dos ángulos entre tres “estaciones” claramente marcadas en tierra, cuyas situaciones son conocidas de anteriores mediciones. A partir de esto, es posible reflejar la situación exacta del barco en el instante en que los ángulos se determinaron (Figura 5.9 y Tabla 5.1). En la actualidad, el sextante ha sido reemplazado por diversos sistemas electrónicos. Con la excepción de los sistemas basados en satélites, hay un inevitable compromiso entre alcance y exactitud en los sistemas de situación. Los sistemas desarrollados para corto alcance son normalmente más precisos que aquellos utilizados para largo alcance.

Entre los sistemas modernos de situación se encuentran los siguientes:

i) Sistemas de corto alcance (a la vista de tierra) - frecuencias de microondas, por ejemplo, Miniranger o Telurómetro MRD - exactitudes de 10 metros, restringidos al alcance de la vista.

ii) Sistemas de medio alcance - frecuencias medias, p. e., Hi - Fix 6 o Argo - exactitudes de 20 a 50 metros, 100 – 200 kilómetros de la costa.

iii) Sistema de largo alcance - por impulsos, baja frecuencia:

 El LORAN-C es un sistema de radionavegación hiperbólica de largo alcance, por impulsos y de baja frecuencia. Combina características tanto del LORAN-A como del DECCA, dos sistemas de navegación aceptados en todo el mundo.

Las medidas de profundidad se toman en relación con un plano de referencia artificial, debido a que el nivel real del mar está continuamente fluctuando. Hay también varios otros planos de referencia en uso, por ejemplo, aquellos que utilizan Gran Bretaña y Francia varian en 0.6 metros. Por razones de seguridad, los franceses utilizan el Nivel Arpoximado de Máxima Bajamar, mientras que Gran Bretaña ha empleado uno que está 0.6 metros por debajo de la Media de la Bajamar Equinocial de Primavera.

La mayoría de las cartas náuticas se destacan por la densidad de las sondas, pero estas no estan uniformemente distribuidas, concentrándose a lo largo de las rutas de navegación, desembocaduras de ríos y aguas someras (Figura 4.10).

Es importante señalar que las cartas hidrográficas, diseñadas para la navegación, y las cartas batimétricas, diseñadas para representar la topografía marina, se perfilarán diferentemente utilizando los mismos datos. Las cartas hidrograficas destacan las zonas de aguas poco profundas, como un factor deliberado de seguridad. Las cartas batimétricas son el equivalente marino de los mapas topográficos; la interpolación de isolíneas está basada estrictamente en las sondas locales y la distancia entre ellas.

Las normas de exactitud para la cartografía marina son aún más variables que las de las cartografías terrestres. En general, las plataformas continentales del mundos. En Canadá, por ejemplo, sólo el 50% de aquellas áreas que soportan el tráfico maritimo comercial están de acuerdo con normas modernas de cartografía, y en aguas Articas es inferior al 20%

DATOS REQUERIDOS PARA FIJAR LA SITUACION (Según M. Schmidt, 1979)

  Cartas utilizadas para:

ESTABLECER LA SITUACION

navegación en alta mar

navegación costera

   

Retícula x x x x x x x  

Variación magnética x x x x x x x

Configuración de la costa²   x x x x

Topografía terrestre²   x

Topografía terrestre detallada   x x

Marcas terrestres visibles de lejos   x x x

Todas las marcas terrestres   x x x  

Sondeos¹ x x x x

Todos los datos de profundidad   x x x

Naturaleza del fondo y datos de profundidad para la cosonda

 

Naturaleza del fondo x x x x x x

Marcas seleccionadas en tierra o en la mar x x

Todas las marcas en tierra o en la mar   x x x x x

Líneas directrices   x x x x x

Objetos visibles para el radar   x x x x

Estaciones marinas seleccionadas de radio, radio navegación y radio determinacion

x x x x x x

Radiobalizas   x x x

Límites de las estaciones de radio   x x x

Retículas de navegación hiperbólica x x x x x x x

Las sondas y las isobatas tienen que ser seleccionadas de tal forma que su resalte permita al marino sacar conclusiones sobre la densidad de las prospecciones. Incluso sondas muy profundas tienen que ser mostradas en

las cartas, ya que las áreas sin datos de profundidad sugerirán prospecciones incompletas. Los datos de profundidad tienen que mostrarse para toda el área y no limitarse a ciertos canales.

La configuración de la costa y la topografía terrestre son elementos esenciales para fijar la posición y no pueden ser omitidos, a pesar de los métodos modernos de navegación. Los accidentes topográficos que se extienden hacia el interior desde el área costera pueden convertirse en necesarios, en el caso de marcas terrestres particularmente destacadas y visibles desde una gran distancia, al ser insuficiente el destacar alturas puntuales.

Los sistemas de navegación hiperbólica operan sobre el principio de que la diferencia en el tiempo de la llegada de las señales procedentes de dos estaciones, observadas en un punto del área de cobertura, es una medida de las diferencias en distancia desde el punto de observación a cada una de las estaciones.

Las estaciones de LORAN-C están localizadas en tierra y agrupadas para formar una “cadena”; una de las estaciones se marca como la Maestra (designada M) y las otras se denominan estaciones secundarias (designadas W, X, Y, o Z). Las señales trasmitidas desde las secundarias están sincronizadas con la señal maestra.

Como ejemplo, en la Figura 5.10, la estación maestra (M) y la estación secundaria (X) transmiten impulsos sincronizados en intervalos precisos de tiempo. El receptor de LORAN-C a bordo mide la ligera diferencia en tiempo, que toma a estas señales pulsadas alcanzar el barco desde este par de transmisores. La diferencia de tiempo se mide en microsegundos (DT), o millonésimas de segundo, y a continuación se expresa como una lectura del receptor. Cuando se está en la psoición “A”, la diferencia de tiempo mostrada es de 13.000 microsegundos. Esta diferencia puede ser trazada sobre una carta reticulada de LORAN-C sobre una línea de situación (LOP). Con sólo este número, el barco podría ser situado en algún lugar a lo largo de “la línea de situación 13.000”.

A continuación se toma una medida DT a partir de la estación maestra (M) y otra secundaria (en este caso Y). El receptor de LORAN-C exhibe a continuación la DT entre M e Y. Continuando con el mismo ejemplo, el DT mostrado es 31.000 microsegundos. De nuevo la DT se dibuja como una LOP y la situación del barco está localizada en algún lugar a lo largo de la LOP 31.000. La situación exacta del barco es donde se interceptan las dos LOP. (Situación A en la Figura 5.10).

b)   El sistema OMEGA, desarrollado por la armada norteamericana, proporciona posiciones en todo el mundo y condiciones meteorológicas de buques, aviones y submarinos (sumergidos), con una exactitud nominal de una milla durante el día, y dos millas de noche. En la actualidad es ampliamente utilizado por embarcaciones civiles. El OMEGA es un sistema global de ocho estaciones terrestres, situadas de tal forma que el usuario recibirá señales de al menos tres estaciones. Cualquier pareja de señales puede ser utilizado como un par para establecer una línea de situación (LOP).

Al igual que con el LORAN_C, el OMEGA es un sistema de radionavegación hiperbólica de muy baja frecuencia, pero emplea mediciones de diferencias de fase más que el principio de diferencias de tiempo.

Figura 5.10   Una típica cadena de LORAN-C en la costa oriental de Canadá. (Según Canada, Department of Transport, 1981)

iv)   Sistemas de satélites (sistemas de solapamiento tanto de medio como de largo alcance):

El Sistema de Navegación por Satélite de la Marina (NAVSAT) fué también diseñado por la armada norteamericana y liberado para el uso civil en 1967. Es apropiado para cualquier tamaño de embarcación, cuando se justifica economicamente, pero los receptores de a bordo y equipos relacionados son considerablemente más caros que otros sistemas tales como el LORAN y el OMEGA. El Sistema NAVSAT consiste en una o más satélites, cada uno en órbita polar circular a una altitud de alrededor de 1.100 km. En un momento dado sólo se utiliza un satélite para determinar la situación. El cambio

aparente de frecuencia de las ondas recibidas, cuando la distancia entre la fuente de radiación (el satélite) y la estación de recepción (barco, avión, submarino, etc.) está aumentando o decreciendo se denomina Desplazamiento Doppler. Por medio de este fenómeno es posible calcular la situación del receptor en tierra con una precisión de 10 metros, si se conocen las órbitas del satélite, junto con la velocidad y de la dirección de la embarcación de superficie.

Mareas:

Las sondas situadas con precisión tienen que ser indicadas sobre la carta como las profundidades por debajo de un nivel de referencia (plano de referencia de la carta, ver Sección 4). La selección de un plano de referencia adecuado para una carta depende de una serie de factores, que incluyen un detallado conocimiento de pasadas fluctuaciones de los niveles del mar, y por consiguiente la instalación de medidores permanentes y temporales del nivel del mar. Tradicionalmente se han instalado mareógrafos de flotador en puertos, etc. Los mareoégrafos de presión, autocontenidos y sumergidos se sitúan en alta mar. Además de las aplicaciones cartográficas y para la navegación, la información sobre el nivel del mar se emplea para estudios de ingienería costera, planificiación de recursos, etc.

Corrientes:

Un navegante requiere información sobre los movimientos horizontales del agua (corrientes) además de la información de mareas. El método ususal para obtener los datos es suspender diversos correntómetros, que automaticamente registran la velocidad y dirección de las corrientes, a profundidades especificas, sobre un único cabo de fondeo. El cabo es anclado al fondo del mar y mantenido mediante una boya sumergible. Dos de los métodos que se usan están ilustrados en la Figura 5.11. El correntómetro (a la izquierda de la figura) está equipado con un instrumento de liberación acústica, que puede ser activado desde el buque de investigación, permitiendo al flotador alcanzar la superficie. A mano derecha de la figura hay una hilera de correntómetros colocados a diferentes profundidades, utilizando boyas de superficie para auxiliar en su recuperación. El dato es registrado automaticamente sobre cinta magnética y los correntómetros pueden dejarse sumergidos hasta 12 meses.

Figura 5.11   Técnicas para medir la velocidad y dirección de la corriente. (Según Canada, Department of Fisheries and Oceans , 1979)

Elaboración

Aparte de los datos y su forma de recolección, las fases de la elaboración de una carta hidrográfica son idénticas a las de un mapa topográfico, concretamente:

1. recolección de sondas etc., por un barco de investigación.2. confrontación de esta información en el centro de operaciones

hidrográficas del barco de investigación, donde se comprueba la exactitud de los datos;

3. trazado de las sondas sobre una hoja de trabajo del área a prospectar;4. transferencia de los datos de la hoja de trabajo a una copia de compilación

de la carta náutica. (En el proceso de compilación, las hojas de trabajo y otros datos originales son reducidos fotográficamente al tamaño de la carta. Una vez que se ha preparado un mosaico de estos datos originales, los cartógrafos seleccionan los datos a exponer sobre la carta);

5. digitalización de los datos gráficos, por ejemplo, conversión en formato compatible para computadora, a fín de dibujarlo mendiante un trazador controlado por una computadora. (El trazador automático produce negativos de alta calidad para cada color que se muestra en la carta. Los negativos se pasan a las unidades de impresión para la fabricación de planchas y la impresión) ;

6. corrección de los catálogos de las cartas para indicar la cobertura de nuevas áreas o la actualización de áreas anteriormente cartografiadas. (En este último caso se distribuye un “Aviso a los Navegantes”).

El tamaño del área a investigar y la escala de la carta a reproducir se coordinan con precaución. Las prospecciones a mayor escala son generalmente aquellas para portulanos, que muestran más detalle que las cartas generales de navegación. Las prospecciones más generales y las escalas más pequeñas se emplean para amplias zonas de alta mar, donde los peligros para la navegación son escasos.

Las cartas marinas y los mapas topográficos: Una comparación

La carta náutica y el mapa topográfico constituyen la forma primaria de la cartografía, que pueden se utilizados como mapas básicos o de los que se pueden derivar mapas básicos. Los mapas básicos constituyen el esqueleto estructural sobre la que se superpone la información temática para producir mapas temáticos.

De la sección anterior se puede apreciar que las cartas náuticas y los mapas topográficos difieren en un cierto número de importantes aspectos, algunos de los cuales tienen relevancia para la preparación de mapas temáticos :

Proyección: Las cartas naúticas usan generalmente la Mercator, mientras que los mapas topográficos emplean la Transversal de Mercator (Ver Sección 3) ;

Simbología : Diferente en la mayoría de las expresiones (Figura 5.12 a—d) ; Sistema de coordenadas : Las cartas náuticas tienen paralelos de latitud y

meridianos de longitud, y en ocasiones un reticulado Loran y/o Decca. Los mapas topográficos tienen paralelos de latitud , meridianos de longitud y cuadrículas (ver Sección 4) ;

Distancia: En las cartas náuticas, que generalmente usan proyecciones Mercator, un minuto de latitud equivale siempre a una milla náutica (1,852 metros 0 6.080 pies). En los mapas topográficos, se emplean diversas proyecciones de tal forma que no hay una equivalencia constante.

Rumbos: Las cartas náuticas tiene dos o tres rosas del compás (Figura 5.13), como contraste del diagrama de declinación de los tres nortes sobre los mapas topográficos (Figura 5.14). Esto ilustra la importancia relativa mayor del compás en el medio ambiente marino;

Terminología: Variación, la diferencia angular entre el norte verdadero y el norte magnético sobre las cartas hidrográficas, se denomina declinación sobre los mapas topográficos;

Líneas de costa: Los litorales son naturalmente de crítica importancia para la cartografía marina. Su compilación para mapas a pequeña escala es relativamente simple porque generalmente requieren tanta simplicación que el detalle tiene poca trascendencia. No obstante, cuando se compilan mapas a media y gran escala, las mayores dificultades a las que se enfrentan los cartógrafos y los hidrógrafos incluyen las siguientes :

a)   Planos de referencia: Las cartas hidrográficas usan como planos de referencia la bajamar, mientras que los mapas topográficos emplean el Nivel Medio del Mar. Como resultado, la forma de la costa diferirá, particularmente en áreas de mareas de gran amplitud.

b)   Colorido: Hay una cierto número de inconsistencias al utilizar tanto las cartas como los mapas.

c)   Cambios geomorfológicos: En algunas áreas del mundo, la forma de la costa cambia rápidamente debido a la erosión o a la sedimentación (ver Sección 13.6.12). Estos cambios se pueden seguir por la comparación de fotografía aérea histórica y actual y las imágenes de los satélites;

d)   Escala: En algunas proyecciones convencionales la escala varía considerablemente sobre el mapa, especialmente en altas latitutudes, dándole a ciertas áreas de la costa un énfasis indebido.

Figura 5.12a   Símbolos de cartas náuticas. (Según Canada, Department of Fisheries and Oceans, 1981)

Figura 5.12b   Símbolos de cartas náuticas. (Según, Canada, Deparment of Fisheries and Oceans, 1981)

Figura 5.12c   Símbolos de cartas náuticas. (Según, canada, Deparment of Fisheries and Oceans, 1981)

Figura 5.12   Símbolos de mapas topográficos. (Según C.L. Blair y R.I. Simpson, 1978)

Ejemplos de mapas básicos a pequeña escala

La Carta Batimétrica General de los Océanos (GEBCO) a una escala de 1:1.000.000