Oceanografia física - Physical oceanography

A oceanografia física é o estudo das condições físicas e processos físicos dentro do oceano , especialmente os movimentos e propriedades físicas das águas oceânicas.

A oceanografia física é um dos vários subdomínios em que a oceanografia é dividida. Outros incluem oceanografia biológica , química e geológica .

A oceanografia física pode ser subdividida em oceanografia física descritiva e dinâmica .

A oceanografia física descritiva busca pesquisar o oceano por meio de observações e modelos numéricos complexos, que descrevem os movimentos dos fluidos com a maior precisão possível.

A oceanografia física dinâmica concentra-se principalmente nos processos que governam o movimento dos fluidos, com ênfase na pesquisa teórica e nos modelos numéricos. Estes fazem parte do grande campo da Dinâmica Geofísica de Fluidos (GFD) que é compartilhado junto com a meteorologia . GFD é um subcampo da dinâmica de fluidos que descreve fluxos que ocorrem em escalas espaciais e temporais que são muito influenciados pela força de Coriolis .

Ambiente físico

Imagem externa
Escalas de espaço e tempo de processos oceanográficos físicos.

Aproximadamente 97% da água do planeta está nos oceanos, e os oceanos são a fonte da grande maioria do vapor d'água que se condensa na atmosfera e cai como chuva ou neve nos continentes. A tremenda capacidade de calor dos oceanos modera o clima do planeta , e sua absorção de vários gases afeta a composição da atmosfera . A influência do oceano se estende até mesmo à composição de rochas vulcânicas por meio do metamorfismo do fundo do mar , bem como à de gases vulcânicos e magmas criados em zonas de subducção .

Do nível do mar, os oceanos são muito mais profundos do que a altura dos continentes ; o exame da curva hipsográfica da Terra mostra que a elevação média das massas de terra da Terra é de apenas 840 metros (2.760 pés), enquanto a profundidade média do oceano é de 3.800 metros (12.500 pés). Embora essa aparente discrepância seja grande, tanto para a terra quanto para o mar, os respectivos extremos, como montanhas e trincheiras, são raros.

Área, volume mais profundidades médias e máximas dos oceanos (excluindo mares adjacentes)

Corpo	Área (10 6 km 2 )	Volume (10 6 km³)	Profundidade média (m)	Máximo (m)
oceano Pacífico	165,2	707,6	4282	-11033
oceano Atlântico	82,4	323,6	3926	-8605
oceano Índico	73,4	291,0	3963	-8047
Oceano Antártico	20,3			-7235
Oceano Ártico	14,1		1038
Mar do Caribe	2,8			-7686

Temperatura, salinidade e densidade

Como a grande maioria do volume do oceano mundial é de águas profundas, a temperatura média da água do mar é baixa; aproximadamente 75% do volume do oceano tem uma temperatura de 0 ° - 5 ° C (Pinet 1996). A mesma porcentagem cai em uma faixa de salinidade entre 34 e 35 ppt (3,4–3,5%) (Pinet 1996). No entanto, ainda há um pouco de variação. As temperaturas da superfície podem variar de abaixo de zero perto dos pólos a 35 ° C em mares tropicais restritos, enquanto a salinidade pode variar de 10 a 41 ppt (1,0–4,1%).

A estrutura vertical da temperatura pode ser dividida em três camadas básicas, uma camada de superfície mista , onde os gradientes são baixos, uma termoclina onde os gradientes são altos e um abismo mal estratificado.

Em termos de temperatura, as camadas do oceano são altamente dependentes da latitude ; a termoclina é pronunciada nos trópicos, mas inexistente nas águas polares (Marshak 2001). O haloclino geralmente fica próximo à superfície, onde a evaporação aumenta a salinidade nos trópicos ou a água do degelo a dilui nas regiões polares. Essas variações de salinidade e temperatura com a profundidade mudam a densidade da água do mar, criando a picnoclina .

Circulação

A energia para a circulação do oceano (e para a circulação atmosférica) vem da radiação solar e da energia gravitacional do sol e da lua. A quantidade de luz solar absorvida na superfície varia fortemente com a latitude, sendo maior no equador do que nos pólos, e isso gera movimento fluido tanto na atmosfera quanto no oceano que atua para redistribuir o calor do equador para os pólos, reduzindo assim a temperatura gradientes que existiriam na ausência de movimento do fluido. Talvez três quartos desse calor sejam transportados para a atmosfera; o resto é carregado no oceano.

A atmosfera é aquecida por baixo, o que leva à convecção, cuja maior expressão é a circulação Hadley . Em contraste, o oceano é aquecido de cima, o que tende a suprimir a convecção. Em vez disso, as águas profundas do oceano são formadas nas regiões polares, onde as águas frias e salgadas afundam em áreas bastante restritas. Este é o início da circulação termohalina .

As correntes oceânicas são em grande parte impulsionadas pelo estresse do vento de superfície; portanto, a circulação atmosférica em grande escala é importante para a compreensão da circulação oceânica. A circulação de Hadley leva a ventos orientais nos trópicos e ventos de oeste nas latitudes médias. Isso leva a um fluxo lento em direção ao equador ao longo da maior parte de uma bacia oceânica subtropical (o equilíbrio de Sverdrup ). O fluxo de retorno ocorre em uma corrente de fronteira oeste intensa e estreita . Como a atmosfera, o oceano é muito mais largo do que profundo e, portanto, o movimento horizontal é em geral muito mais rápido do que o movimento vertical. No hemisfério sul existe um cinturão contínuo de oceano e, portanto, os ventos de latitude média do oeste forçam a forte Corrente Circumpolar Antártica . No hemisfério norte, as massas de terra impedem isso e a circulação do oceano é quebrada em giros menores nas bacias do Atlântico e do Pacífico.

Efeito Coriolis

O efeito Coriolis resulta em uma deflexão dos fluxos de fluido (à direita no hemisfério norte e à esquerda no hemisfério sul). Isso tem efeitos profundos no fluxo dos oceanos. Em particular, significa que o fluxo contorna os sistemas de alta e baixa pressão, permitindo que eles persistam por longos períodos de tempo. Como resultado, pequenas variações na pressão podem produzir correntes mensuráveis. Uma inclinação de uma parte em um milhão na altura da superfície do mar, por exemplo, resultará em uma corrente de 10 cm / s em latitudes médias. O fato de o efeito Coriolis ser maior nos pólos e fraco no equador resulta em correntes nas fronteiras ocidentais bruscas e relativamente estáveis ​​que estão ausentes nas fronteiras orientais. Veja também os efeitos da circulação secundária.

Transporte Ekman

O transporte Ekman resulta no transporte líquido de água de superfície 90 graus à direita do vento no hemisfério norte e 90 graus à esquerda do vento no hemisfério sul. Conforme o vento sopra na superfície do oceano, ele "se agarra" a uma fina camada de água superficial. Por sua vez, essa fina lâmina de água transfere a energia do movimento para a fina camada de água abaixo dela, e assim por diante. No entanto, por causa do Efeito Coriolis, a direção da viagem das camadas de água move-se lentamente cada vez mais para a direita à medida que se aprofundam no hemisfério norte e para a esquerda no hemisfério sul. Na maioria dos casos, a camada mais inferior de água afetada pelo vento está a uma profundidade de 100 m - 150 m e está viajando cerca de 180 graus, completamente oposta à direção em que o vento está soprando. No geral, o transporte líquido de água seria de 90 graus da direção original do vento.

Circulação Langmuir

A circulação de Langmuir resulta na ocorrência de faixas finas e visíveis, chamadas leiras na superfície do oceano, paralelas à direção que o vento está soprando. Se o vento estiver soprando com mais de 3 m s ⁻¹ , ele pode criar leiras paralelas alternando ressurgência e ressurgência com cerca de 5 a 300 m de distância. Essas leiras são criadas por células ovulares de água adjacentes (estendendo-se até cerca de 6 m (20 pés) de profundidade), girando alternadamente no sentido horário e anti-horário. Nas zonas de convergência , detritos, espuma e algas marinhas acumulam-se, enquanto nas zonas de divergência o plâncton é capturado e transportado para a superfície. Se houver muitos plânctons na zona de divergência, os peixes são freqüentemente atraídos para se alimentarem deles.

Interface oceano-atmosfera

Na interface oceano-atmosfera, o oceano e a atmosfera trocam fluxos de calor, umidade e momento.

Aquecer

As importantes de calor termos na superfície são o calor sensível do fluxo , o fluxo de calor latente, a entrada da radiação solar e o equilíbrio de grande comprimento de onda ( infravermelho ) de radiação . Em geral, os oceanos tropicais tendem a mostrar um ganho líquido de calor e os oceanos polares uma perda líquida, o resultado de uma transferência líquida de energia para os pólos dos oceanos.

A grande capacidade de calor dos oceanos modera o clima das áreas adjacentes aos oceanos, levando a um clima marítimo nesses locais. Isso pode ser resultado do armazenamento de calor no verão e liberação no inverno; ou do transporte de calor de locais mais quentes: um exemplo particularmente notável disso é a Europa Ocidental , que é aquecida pelo menos em parte pela deriva do Atlântico Norte .

Momentum

Os ventos de superfície tendem a ser da ordem de metros por segundo; correntes oceânicas da ordem de centímetros por segundo. Portanto, do ponto de vista da atmosfera, o oceano pode ser considerado efetivamente estacionário; do ponto de vista do oceano, a atmosfera impõe um estresse significativo do vento em sua superfície, o que força correntes de grande escala no oceano.

Por meio do estresse do vento, o vento gera ondas na superfície do oceano ; as ondas mais longas têm uma velocidade de fase tendendo para a velocidade do vento . O momento dos ventos de superfície é transferido para o fluxo de energia pelas ondas da superfície do oceano. O aumento da rugosidade da superfície do oceano, pela presença das ondas, altera o vento próximo à superfície.

Humidade

O oceano pode ganhar umidade com a chuva ou perdê-la por meio da evaporação . A perda evaporativa deixa o oceano mais salgado; o Mediterrâneo e o Golfo Pérsico, por exemplo, apresentam forte perda por evaporação; a coluna resultante de densa água salgada pode ser rastreada através do Estreito de Gibraltar até o Oceano Atlântico . Ao mesmo tempo, acreditava-se que a evaporação / precipitação era um dos principais impulsionadores das correntes oceânicas; sabe-se agora que é apenas um fator muito menor.

Ondas planetárias

Kelvin Waves

Uma onda Kelvin é qualquer onda progressiva canalizada entre dois limites ou forças opostas (geralmente entre a força de Coriolis e uma linha costeira ou o equador ). Existem dois tipos, costeiros e equatoriais. As ondas Kelvin são impulsionadas pela gravidade e não dispersivas . Isso significa que as ondas Kelvin podem manter sua forma e direção por longos períodos de tempo. Eles geralmente são criados por uma mudança repentina no vento, como a mudança dos ventos alísios no início do El Niño-Oscilação Sul .

As ondas Kelvin costeiras seguem as linhas costeiras e sempre se propagam no sentido anti - horário no hemisfério norte (com a linha da costa à direita da direção de viagem) e no sentido horário no hemisfério sul .

As ondas Kelvin equatoriais se propagam para o leste nos hemisférios norte e sul , usando o equador como guia .

As ondas Kelvin são conhecidas por terem velocidades muito altas, normalmente em torno de 2 a 3 metros por segundo. Eles têm comprimentos de onda de milhares de quilômetros e amplitudes de dezenas de metros.

Rossby Waves

As ondas de Rossby , ou ondas planetárias, são ondas enormes e lentas geradas na troposfera por diferenças de temperatura entre o oceano e os continentes . Sua principal força restauradora é a mudança na força de Coriolis com a latitude . Suas amplitudes de onda são geralmente da ordem de dezenas de metros e comprimentos de onda muito grandes . Eles geralmente são encontrados em latitudes baixas ou médias.

Existem dois tipos de ondas de Rossby, barotrópicas e baroclínicas . As ondas de Rossby barotrópicas têm as velocidades mais altas e não variam verticalmente. As ondas Baroclínicas de Rossby são muito mais lentas.

A característica especial de identificação das ondas de Rossby é que a velocidade de fase de cada onda individual sempre tem um componente para oeste, mas a velocidade do grupo pode ser em qualquer direção. Normalmente, as ondas de Rossby mais curtas têm uma velocidade de grupo para o leste e as mais longas têm uma velocidade de grupo para oeste.

Variabilidade climática

A interação da circulação oceânica, que funciona como uma espécie de bomba de calor , e efeitos biológicos como a concentração de dióxido de carbono podem resultar em mudanças climáticas globais em uma escala de tempo de décadas. As oscilações climáticas conhecidas resultantes dessas interações incluem a oscilação decadal do Pacífico , oscilação do Atlântico Norte e oscilação do Ártico . O processo oceânico de circulação termohalina é um componente significativo da redistribuição de calor em todo o globo, e as mudanças nessa circulação podem ter grandes impactos sobre o clima.

La Niña – El Niño

e

Onda circumpolar antártica

Esta é uma onda acoplada oceano / atmosfera que circunda o Oceano Antártico a cada oito anos. Por se tratar de um fenômeno da onda 2 (há dois picos e dois vales em um círculo de latitudes ), em cada ponto fixo no espaço é visto um sinal com um período de quatro anos. A onda se move para o leste na direção da Corrente Circumpolar Antártica .

correntes oceânicas

Entre as correntes oceânicas mais importantes estão:

• Corrente Circumpolar Antártica
• Oceano profundo (impulsionado pela densidade)
• Correntes de fronteira ocidental
  • Gulf Stream
  • Kuroshio Current
  • Labrador Current
  • Oyashio Current
  • Corrente de Agulhas
  • Corrente do Brasil
  • Corrente da Austrália Oriental
• Correntes de fronteira oriental
  • California Current
  • Canary Current
  • Corrente do Peru
  • Corrente de Benguela

Circumpolar antártico

O corpo oceânico que circunda a Antártica é atualmente o único corpo de água contínuo onde existe uma ampla faixa de latitude de águas abertas. Ele interconecta os oceanos Atlântico , Pacífico e Índico e fornece um trecho ininterrupto para os ventos de oeste predominantes para aumentar significativamente as amplitudes das ondas. É geralmente aceito que esses ventos predominantes são os principais responsáveis ​​pelo transporte da corrente circumpolar. Acredita-se que essa corrente varie com o tempo, possivelmente de forma oscilatória.

Oceano profundo

No Mar da Noruega, o resfriamento evaporativo é predominante, e a massa de água que afunda, as Águas Profundas do Atlântico Norte (NADW), preenche a bacia e se derrama para o sul através de fendas nas soleiras submarinas que conectam a Groenlândia , a Islândia e a Grã - Bretanha . Em seguida, ele flui ao longo da fronteira oeste do Atlântico com alguma parte do fluxo movendo-se para leste ao longo do equador e, em seguida, em direção ao pólo para as bacias oceânicas. O NADW é arrastado para a Corrente Circumpolar e pode ser rastreado nas bacias da Índia e do Pacífico. O fluxo da Bacia do Oceano Ártico para o Pacífico, no entanto, é bloqueado pelas águas rasas do Estreito de Bering .

Veja também geologia marinha que explora a geologia do fundo do oceano, incluindo placas tectônicas que criam fossas oceânicas profundas.

Fronteira ocidental

Uma bacia oceânica subtropical idealizada, forçada por ventos que circulam em torno de sistemas de alta pressão (anticiclônicos), como o alto Açores-Bermuda, desenvolve uma circulação em giro com fluxos lentos e constantes em direção ao equador no interior. Conforme discutido por Henry Stommel , esses fluxos são equilibrados na região da fronteira oeste, onde se desenvolve um fluxo fino e rápido na direção dos pólos, chamado de corrente de fronteira oeste . O fluxo no oceano real é mais complexo, mas a corrente do Golfo , Agulhas e Kuroshio são exemplos dessas correntes. Eles são estreitos (aproximadamente 100 km de diâmetro) e rápidos (aproximadamente 1,5 m / s).

As correntes de fronteira oeste em direção ao Equador ocorrem em locais tropicais e polares, por exemplo, as correntes da Groenlândia Oriental e do Labrador, no Atlântico e no Oyashio . Eles são forçados pela circulação dos ventos em torno de baixa pressão (ciclônica).

Corrente do Golfo

A Corrente do Golfo, junto com sua extensão ao norte, a Corrente do Atlântico Norte , é uma corrente do Oceano Atlântico poderosa, quente e rápida que se origina no Golfo do México , sai pelo Estreito da Flórida e segue a costa leste dos Estados Unidos e Terra Nova para o nordeste antes de cruzar o Oceano Atlântico.

Kuroshio

A Corrente Kuroshio é uma corrente oceânica encontrada no oeste do Oceano Pacífico ao largo da costa leste de Taiwan e fluindo para nordeste, passando pelo Japão , onde se funde com a deriva leste da Corrente do Pacífico Norte . É análogo à Corrente do Golfo no Oceano Atlântico, transportando água tropical quente para o norte em direção à região polar.

Fluxo de calor

Armazenamento de calor

O fluxo de calor oceânico é um sistema turbulento e complexo que utiliza técnicas de medição atmosférica, como covariância de redemoinhos, para medir a taxa de transferência de calor expressa na unidade de ou petawatts . Fluxo de calor é o fluxo de energia por unidade de área por unidade de tempo. A maior parte do armazenamento de calor da Terra está dentro de seus mares, com frações menores da transferência de calor em processos como evaporação, radiação, difusão ou absorção no fundo do mar. A maior parte do fluxo de calor oceânico ocorre por advecção ou pelo movimento das correntes oceânicas. Por exemplo, acredita-se que a maior parte do movimento de água quente no Atlântico sul tenha se originado no Oceano Índico. Outro exemplo de advecção é o aquecimento não -quatorial do Pacífico, que resulta de processos subterrâneos relacionados aos anticlinais atmosféricos. As observações recentes do aquecimento das águas do fundo da Antártica no Oceano Antártico são motivo de preocupação para os cientistas oceânicos porque as mudanças nas águas do fundo afetarão as correntes, os nutrientes e a biota em outros lugares. A conscientização internacional sobre o aquecimento global tem focado a pesquisa científica neste tópico desde a criação, em 1988, do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas . A observação do oceano, a instrumentação, a teoria e o financiamento aprimorados aumentaram os relatórios científicos sobre questões regionais e globais relacionadas ao calor.

Mudança do nível do mar

Os medidores de maré e a altimetria por satélite sugerem um aumento no nível do mar de 1,5–3 mm / ano nos últimos 100 anos.

O IPCC prevê que em 2081–2100, o aquecimento global levará a um aumento do nível do mar de 260 a 820 mm.

Variações rápidas

Marés

A ascensão e queda dos oceanos devido aos efeitos das marés são uma influência chave nas áreas costeiras. As marés oceânicas no planeta Terra são criadas pelos efeitos gravitacionais do Sol e da Lua . As marés produzidas por esses dois corpos são aproximadamente comparáveis ​​em magnitude, mas o movimento orbital da Lua resulta em padrões de marés que variam ao longo de um mês.

A vazante e o fluxo das marés produzem uma corrente cíclica ao longo da costa, e a força dessa corrente pode ser bastante dramática ao longo de estuários estreitos. As marés que chegam também podem produzir um furo de maré ao longo de um rio ou baía estreita, pois o fluxo de água contra a corrente resulta em uma onda na superfície.

Tide and Current (Wyban 1992) ilustra claramente o impacto desses ciclos naturais no estilo de vida e sustento dos nativos havaianos que cuidam dos viveiros costeiros. Significado de Aia ke ola ka hana . . . A vida está em trabalho de parto .

A ressonância das marés ocorre na Baía de Fundy desde o tempo que uma grande onda leva para viajar da boca da baía até a extremidade oposta, depois refletir e viajar de volta para a boca da baía, coincide com o ritmo da maré produzindo o mais alto do mundo marés.

À medida que a maré superficial oscila sobre a topografia, como montes submersos ou cristas, ela gera ondas internas na frequência das marés, que são conhecidas como marés internas .

Tsunamis

Uma série de ondas de superfície pode ser gerada devido ao deslocamento em grande escala da água do oceano. Eles podem ser causados ​​por deslizamentos submarinos, deformações do fundo do mar devido a terremotos ou o impacto de um grande meteorito .

As ondas podem viajar com uma velocidade de até várias centenas de km / hora através da superfície do oceano, mas no meio do oceano elas são quase imperceptíveis com comprimentos de onda que abrangem centenas de quilômetros.

Os tsunamis, originalmente chamados de ondas gigantes, foram renomeados porque não estão relacionados às marés. Elas são consideradas ondas de águas rasas ou ondas na água com uma profundidade menor que 1/20 de seu comprimento de onda. Os tsunamis têm períodos muito grandes, altas velocidades e grandes alturas de onda.

O principal impacto dessas ondas é ao longo da costa costeira, uma vez que grandes quantidades de água do oceano são ciclicamente impulsionadas para o interior e, em seguida, arrastadas para o mar. Isso pode resultar em modificações significativas nas regiões costeiras, onde as ondas atingem com energia suficiente.

O tsunami que ocorreu na Baía de Lituya , Alasca, em 9 de julho de 1958, tinha 520 m (1.710 pés) de altura e é o maior tsunami já medido, quase 90 m (300 pés) mais alto que a Torre Sears em Chicago e cerca de 110 m (360 ft) mais alto do que o antigo World Trade Center em Nova York.

Ondas de superfície

O vento gera ondas de superfície oceânicas, que têm um grande impacto em estruturas offshore , navios , erosão costeira e sedimentação , bem como portos . Após sua geração pelo vento, as ondas da superfície do oceano podem viajar (como swell ) por longas distâncias.

Veja também

Referências

Leitura adicional

• Gill, Adrian E. (1982). Dinâmica Atmosfera-Oceânica . San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-283520-4.
• Samelson, RM (2011) The Theory of Large Scale Ocean Circulation . Cambridge: Cambridge University Press. doi: 10.1017 / CBO9780511736605.
• Maury, Matthew F. (1855). A Geografia Física dos Mares e sua Meteorologia .
• Stewart, Robert H. (2007). Introdução à Oceanografia Física (PDF) . College Station: Texas A&M University. OCLC  169907785 .
• Wyban, Carol Araki (1992). Maré e corrente: viveiros de peixes do Havaí . Honolulu: University of Hawaiʻi Press. ISBN 0-8248-1396-0.

links externos

• Way, John H. "Curva Hypsographic" . Arquivado do original em 30/03/2007 . Página visitada em 2006-01-10 .
• Oceanografia da NASA
• Movimento do oceano e correntes de superfície
• Ocean World (livro digital)
• Administração Nacional Oceanográfica e Atmosférica
• Sistema de Laboratório Oceanográfico Universidade-Nacional
• Pacific Disaster Center
• Pacific Tsunami Museum Hilo, Hawaii
• Ciência dos perigos do tsunami (jornal)
• Software acadêmico NEMO para oceanografia
• [1] História da determinação de salinidade