5.1. Principios físicos de la expansión térmica del agua

La expansión térmica es un comportamiento de los líquidos líquido y se basa en la relación entre la temperatura y la energía cinética de las moléculas (ONU, 2025; OCE, 2021; Surfrider, 2024). Cuando la temperatura de un líquido aumenta, las moléculas que lo componen absorben energía, lo cual incrementa su movimiento causando un aumento de la distancia promedio entre ellas (Figura 1). Este aumento en la separación intermolecular a nivel microscópico se muestra macroscópicamente como una

expansión del volumen total del líquido (SLR, 2021; Thermtest, 2021).

El agua tiene un comportamiento térmico muy particular. Aunque sigue la tendencia general de expansión con el calor, presenta una anomalía notable en el rango de temperatura entre 0 y 4 grados Celsius (Surfrider, 2024). Cuando el agua atraviesa este rango se contrae al calentarse y se expande al enfriarse, pero en temperaturas arriba de los 4 °C, el agua se comporta de manera normal, expandiéndose a medida que la temperatura aumenta (OCE, 2021). El agua de mar tiene propiedades ligeramente distintas al agua dulce (debido a la presencia de sales disueltas), pero en esencia tiene una respuesta convencional a los cambios de temperatura(Ning et al., 2015).

Para medir la expansión térmica, se utiliza el coeficiente de expansión térmica (α) (Surfrider, 2024). Este coeficiente es una fracción del volumen de una sustancia por cada grado de cambio en la temperatura mientras la presión se mantiene constante (ONU, 2025). Hay que destacar que el coeficiente de expansión térmica del agua no es una constante pues este valor cambia en función de la temperatura. Por ejemplo, su valor es diferente a 10 °C, 20 °C y 30 °C (OCE, 2021). En el agua de mar también se

deben considerar factores como la salinidad y la presión para determinar con precisión este coeficiente, lo cual resulta decisivo para la creación de modelos predictivos que permitan estimar el aumento del nivel del mar que induce la expansión térmica con la mayor exactitud(SLR, 2021).

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Figura 1. Diagrama de expansión térmica El Océano: “Un sumidero de calor”

El océano juega un papel importante en la regulación del clima debido a su capacidad para absorber y almacenar calor (Zanna et al., 2019).

Se calcula que los océanos han asimilado más del 90% del exceso de calor derivado del calentamiento global (NOAA Climate, 2023; SLR, 2021; Thermtest, 2021). Esta capacidad es mayor que la de la atmósfera en hasta 1000 veces (NASA Sea Level, 2025). Así, el océano es el principal “amortiguador” de los cambios de temperatura en el planeta

moderando el calentamiento que, de otro modo, experimentaría la atmósfera y la superficie terrestre (EEQ, 2025; NASA Sea Level, 2025; National Climate Assessment, 2014).

Los registros de temperatura de los océanos desde 1955 revelan una clara tendencia al calentamiento a nivel global, como se aprecia en la Figura 2. La última década ha sido la más cálida para los océanos desde que se tienen registros, y el año 2023 fue el año más cálido registrado (Cheng et al., 2021). Datos recientes muestran que la temperatura de la superficie oceánica global ha experimentado un incremento promedio de 0.88 °C entre 1900 y 2011. Este aumento es una prueba de la absorción de calor del océano provocado por el desequilibrio energético del planeta. En el mapa de la Figura 3 se muestran las anomalías de temperatura de la superficie del mar el día 21 de agosto de 2023, con zonas con más de 3 °C arriba de lo normal.

Ahora bien, la distribución del calor absorbido por el océano no es uniforme, varía tanto en profundidad como geográficamente, aunque la mayor parte de ese calor adicional se concentra en las capas superficiales del océano, más o menos hasta una profundidad de 700 metros, aunque también en las aguas profundas se experimenta un calentamiento,

pero a un ritmo más lento. Es decir, que la expansión térmica del agua de mar no es homogénea. Con la igual cantidad de calor absorbido, las aguas más profundas, las cuales están sometidas a una mayor presión por la columna de agua suprayacente, tienden a expandirse ligeramente, más que las aguas superficiales (Surfrider, 2024). Por otro lado, las temperaturas oceánicas también varían significativamente según la ubicación geográfica (más frías conforme se acercan a los polos), lo que implica que la magnitud de la expansión térmica también presenta variaciones regionales (ONU, 2025).

5.2. Expansión térmica y aumento del nivel del mar

La expansión térmica del agua de mar es, sin duda, una de las causas principales del aumento del nivel del mar a escala global. Algunas estimaciones apuntan a que este fenómeno causa aproximadamente el aumento de un tercio del nivel mundial (OCE, 2021). Otras más, apuntan a que la expansión térmica del agua contribuye entre un 30% y un 50% al incremento global del nivel oceánico (SLR, 2021; Thermtest, 2021). La recopilación de datos de satélites desde 2004 muestra que más o menos un tercio del aumento global de la altura del mar detectado

por estos instrumentos se debe a la expansión térmica de los océanos (Tabla 1). Otro estudio que abarca desde la década de 1990 apunta a que aproximadamente la mitad del aumento de la elevación oceánica durante ese período puede atribuirse a la expansión térmica del mar (Cazenave et al., 2018). Aunque la proporción varía según el período de tiempo y la metodología empleada, hay un consenso en que la expansión térmica juega un papel sustancial en la elevación del nivel oceánico (EEA, 2025; NASA Sea Level, 2025).

Es importante destacar que existen otras causas del aumento del nivel del mar, como el derretimiento de de estos hielos terrestres es el causante de aproximadamente dos tercios del aumento global del nivel oceánico. Recientemente, en particular entre 2005 y 2013, el aumento del nivel del mar debido al deshielo superó casi en el doble al aumento causado por la expansión térmica (ONU, 2025).

Gráfico, Gráfico de líneas Descripción generada automáticamente

Figura 2. Gráfico de contenido de calor oceánico (1955–2020). Fuente la NASA Climate.

Figura 3. Anomalías de temperatura en el mar. Fuente la NASA.

A la luz de estos datos, vemos que, si bien la expansión térmica es un contribuyente significativo, el derretimiento de los hielos toma más importancia relativa en el aumento de la altura del mar.

Como ya se mencionó, el aumento del nivel oceánico inducido por la expansión térmica no es uniforme. (OCE, 2021). Las costas cercanas a corrientes oceánicas cálidas tienden a sufrir un aumento más pronunciado,

debido a que el agua caliente se expande más. La expansión térmica, además, varía con la profundidad y la ubicación, dependiendo de las zonas específicas del océano que experimentan un mayor calentamiento. Ese aumento del nivel del mar regional está influenciado por la distribución heterogénea del calentamiento oceánico y otros factores como las corrientes marinas, implica que las comunidades costeras en diferentes partes del

mundo enfrentarán impactos distintos (US Climate, 2022).

5.3. Modelos teóricos para la proyección de la expansión térmica oceánica

La comprensión y la proyección de la expansión térmica de los océanos tienen como base el uso de modelos climáticos complejos, entre los que destacan los Modelos de Circulación General Océano-Atmósfera (AOGCMs, por sus siglas en inglés) (NASA, 2025). Estos modelos son simulaciones computacionales que intentan representar las interacciones entre la atmósfera, los océanos y la superficie terrestre en múltiples escenarios de concentración de gases de efecto invernadero (US Climate, 2022). Su objetivo principal es proyectar la respuesta de los cambios en la altura del mar causados por variaciones en las

corrientes oceánicas, la temperatura y la salinidad del agua del mar del nivel oceánico, que abarca tanto la expansión térmica del agua como los cambios en la circulación oceánica (Cheng et al., 2019b). El Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP, por sus siglas en inglés) facilita la comparación y el análisis de los resultados generados por diversos modelos climáticos a nivel internacional, contribuyendo a una evaluación más robusta de las proyecciones (UCAR, 2025).

Los modelos AOGCMs se basan en principios fundamentales de la física, tales como la dinámica de fluidos, la termodinámica y la transferencia de fluidos, la termodinámica y la transferencia de radiación, aplicados tanto a la atmósfera como a los océanos (NASA, 2025).

Tabla 1: Contribución de la expansión térmica al aumento del nivel del mar

Dichos modelos simulan lo más detalladamente posible los procesos de absorción y distribución del calor dentro del océano y así estimar la magnitud y la velocidad del aumento del nivel del mar debido a la expansión térmica (Meyssignac et al., 2019). Existen modelos más simplificados, como el de afloramiento-difusión unidimensional (UD), que analiza solamente la variación de la temperatura con la profundidad oceánica. Debido a que son modelos más sencillos requieren menos potencia computacional, los AOGCMs son los que ofrecen una representación más cercana a la realidad del sistema climático y sus complejas interacciones (NASA, 2025).

Aunque son muy sofisticados, los modelos climáticos no están exentos de sesgos y limitaciones. Estos sesgos pueden surgir de la complejidad inherente al sistema climático, de las limitaciones de la comprensión de ciertos procesos físicos cruciales (como la dinámica de las capas de hielo), y de las decisiones que se toman durante el desarrollo y parametrización de los mismos. Por ejemplo, la capacidad de los AOGCMs para simular con precisión los cambios en las profundidades oceánicas aún presenta desafíos, en parte debido a la escasez de datos

observacionales a largo plazo que permitan validar y refinarlos (NASA, 2025). Al respecto, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA por sus siglas en inglés), tiene desde 2014 un programa denominado ARGO que tiene en todos los océanos flotadores de perfilado que registran datos como salinidad, temperatura entre otros, casi en tiempo real y están disponibles para la comunidad científica (NOAA AOML, 2025).

5.4. Escenarios futuros del aumento del nivel del mar por expansión térmica

El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) tiene un papel esencial en la elaboración de proyecciones del aumento del nivel del mar, se basa en una variedad de escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero conocidos como escenarios de emisiones socioeconómicas compartidas (SSPs), los cuales representan diferentes trayectorias posibles para las emisiones futuras (IPCC, 2001), tomando en cuenta diversos niveles de mitigación del cambio climático y, por lo tanto, distintos grados de aumento de la temperatura global. Las estimaciones sobre cambios del nivel del mar se expresan

típicamente en relación con un período de referencia dado, como el comprendido entre 1995 y 2014, o el año 2000 debido a la relevancia de los datos (Widlansky et al., 2020). En la Figura 4 se muestran niveles del mar de diferentes periodos y satelitales que indican una tendencia positiva de 3 mm por año.

Las estimaciones suponen que por cada grado Celsius de aumento en la temperatura promedio mundial, la expansión térmica aumentaría el nivel del mar entre 0.2 y 0.6 metros (Surfrider, 2024). Si se logra mantener emisiones muy bajas (SSP1-1.9), se calcula que el aumento del nivel del mar global para el año 2100 podría oscilar entre 0.28 y 0.55 metros. En cambio, si el escenario de emisiones es muy alto (SSP5-8.5), el aumento proyectado se sitúa entre 0.63 y 1.02 metros como se muestra en la Tabla 2. Aún con un escenario de emisiones muy optimista, se espera que el nivel medio global del mar aumente al menos 0.3 metros por encima de los niveles del año 2000 para el final del siglo

XXI. En cualquier caso, el desafío que plantea el aumento del nivel del mar inducido por la expansión térmica es enorme.

De nuevo resaltamos que el derretimiento de los glaciares y las capas de hielo, así como los cambios en el almacenamiento de agua en

tierra, juegan un papel importante. Existen modelos para capas de hielo que estiman la pérdida de masa de Groenlandia y la Antártida, cuya contribución al aumento del nivel del mar es significativa (National Climate Assessment, 2014). Por otro lado, las proyecciones del nivel del mar en las distintas regiones deben tomar en cuenta una serie de factores locales, como las modificaciones en la circulación oceánica, los efectos gravitacionales y rotacionales derivados de la pérdida de masa de hielo, el hundimiento o la elevación de la tierra, y los patrones climáticos regionales. Todas estas variables aumentan la complejidad para predecir el aumento del nivel del mar en diferentes partes del mundo.

5.5. Implicaciones y consecuencias del aumento del nivel del mar por expansión térmica

El incremento del nivel del mar tiene consecuencias de largo alcance, en especial para las zonas costeras (NOAA Climate, 2023). Una afectación inmediata es el incremento en la frecuencia y la extensión de las inundaciones costeras, con lo que las líneas de costa sufrirían erosión, pérdida de valiosas tierras bajas y la intrusión de agua salada en acuíferos y lagunas,

comprometiendo así el suministro de agua potable (OCE, 2021). Además, las zonas costeras tienen infraestructura crítica que incluye carreteras, puentes, aeropuertos, puertos marítimos y plantas de energía, que se vuelven más vulnerables a los daños causados por las inundaciones y las marejadas ciclónicas.

Los manglares pueden ser alterados o incluso destruidos si el aumento del nivel del agua supera su capacidad de adaptación. Si esos ecosistemas se pierden, se reduce la protección natural que ofrecen a las comunidades costeras contra los eventos climáticos extremos (Global Change, 2025;

NEEF, 2025). Frente a este panorama, se necesitan estrategias de adaptación y mitigación que pueden incluir la construcción y mejora de defensas costeras, como diques y malecones, la reubicación de infraestructuras vulnerables a zonas más elevadas, y la gestión de los recursos hídricos (Melet et al., 2018). Estas adaptaciones son importantes, pero también se necesita mitigar el cambio climático, a través de la reducción drástica y sostenida de las emisiones de gases de efecto invernadero, es esencial para frenar el calentamiento futuro de los océanos y, por lo tanto, la magnitud del aumento del nivel del mar a largo plazo (NOAA Climate, 2023).

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Figura 4. Aumento del nivel del mar. Fuente: NOAA NESDIS STAR.

Tabla 2: Proyecciones del aumento del nivel del mar para 2100 según diferentes escenarios de emisiones.