Explicación teórica
La variación de la onda producida en el intercambio de medio conocida como fenómeno de refracción se produce en cuanto un rayo de luz incidente llega y atraviesa la superficie del agua pasando a ser un rayo de luz refractada. En este punto, la velocidad de la onda y su dirección de propagación varían según la descripción teórica del físico Willebrord Snellius conocida como ecuación de Snell.
La ecuación de Snell relaciona los ángulos de incidencia de los rayos incidente y refractado a través del índice de refracción que depende en gran medida de la velocidad de propagación de la luz.
En términos generales si el segundo medio es más denso que el primero (caso del cambio de fase gas-líquido) el rayo de luz refractado tiende a seguir la tendencia de la normal. Viceversa, si el primero medio es menos denso, se producirá una desviación con respecto a la normal aumentando el ángulo de incidencia del rayo refractado sobre la normal.
Figura 1: descripción gráfica de los principales componentes del fenómeno de refracción.
Ecuación 1: Ley de Snell
Factores que influencian la refracción
El fenómeno de refracción se observa en el comportamiento de las ondas lumínicas en un cambio de medio. Este se encontrará influenciado por las variaciones de salinidad, temperatura y profundidad propias de un sistema costero.
Además la refracción puede servir como indicador indirecto de la salinidad en tiempo real. Al medirlo en diferentes zonas de la ría, es posible detectar gradientes de salinidad, ayudando a estudiar la dinámica de hábitats y especies.
Por ello estudiaremos la variación de la entrada de luz en el agua según estos 3 factores intrínsecamente relacionados:
Variaciones de temperatura
Cambios del índice de refracción por la variación de la temperatura.Más información
Gradiente de salinidad
Variaciones en la onda por las diferentes densidades del agua salina.
Figura 2: mapa topográfico de la profundidad de la Ría de Vigo
Efecto de la profundidad
La presión aumenta con la profundidad, afectando a la densidad relativa del agua. Con el aumento de la densidad, la velocidad de propagación de onda lumínica disminuye así como el índice de refracción.
Con la pérdida de la intensidad de la luz por la disminución de su propagación se limitan los hábitats prósperos para muchas especies.
Figura 3: representa las variaciones anuales de la salinidad en la ría en función de la profundidad donde se ha tomado la muestra.
Esto se puede relacionar con las diferentes salinidades por zonas en la Ría.
Gradiente de salinidad
En la ría de Vigo se produce la mezcla de agua dulce de ríos que desembocan en ella con aguas saladas del océano Atlántico. Esto genera un gradiente de densidad y, por ende, variaciones en el índice de refracción. Además es una zona de afloramientos recurrentes que dan lugar a un aumento de la biodiversidad.
Por lo tanto, según el campo salino en la ría encontraremos unas especies u otras.
En zonas con salinidades más bajas donde el índice de refracción es menor, encontramos especies típicas de áreas cercanas a desembocaduras de ríos, como son las especies eurihalinas adaptadas a fluctuaciones salinas. En zonas de salinidades más altas, con un mayor índice de refracción, encontramos especies estenohalinas que requieren condiciones estables de salinidad.Además, las variaciones de salinidad afectan procesos biológicos de muchas especies como el reclutamiento de larvas, el crecimiento de bivalvos y crustáceos, y la interacción entre especies.
Figura 4: Variaciones anuales en la temperatura con el aumento de la profundidad en la Ría de Vigo
Variaciones de temperatura
En cuanto a la variación de la temperatura, esta se produce mayoritariamente en la capa superior del agua por la incidencia de los rayos solares. Con el aumento de la temperatura del agua disminuye el índice de refracción y la diferencia en la llegada de los rayos solares produce un gradiente de temperaturas horizontal con el aumento de la profundidad. Debemos tener en cuenta que en zonas de afloramiento las aguas serán más frías porque emergen desde el fondo.
Por lo tanto a mayores temperaturas la incidencia de los rayos será directa con un menor índice de refracción. Este es el caso del incremento de la fotosíntesis en verano por la disminución de la refracción y el aumento de la temperatura, que favorece la producción de fitoplacton como base de la cadena trófica. De la misma manera la mayor refracción en invierno con temperaturas frías reduce la cantidad de luz disponible en capas profundas reduciendo la actividad fotosintética.