Curso de Ciências do Mar Introdução às Ciências do Mar Oceanografia Física Paulo Relvas - Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente, Universidade do Algarve ([email protected]) Ciências Geofísicas (estudo da Terra aplicando as leis da Física) Geofísica Interna Oceanografia Física Meteorologia e Climatologia Oceanografia (estudo dos Oceanos) Oceanografia Geológica Oceanografia Química Oceanografia Biológica O Oceano como um sistema físico e o seu papel no ciclo hidrológico O Oceano é um sistema físico que interage com os outros sistema que integram o grande sistema que é o Planeta. Interacção do Oceano com a Atmosfera e processos físicos no Oceano O ciclo hidrológico, mostrando os movimentos anuais de água através do ciclo (números a negro) e a quantidade de água acumulada em cada reservatório (números a azul). Todas as quantidades estão em 1015 kg (1015 kg de água 103 km3 ). (adaptado de Open Univ. Course Team, 1989) Reservatório Percentagem do total Oceanos Calotes polares e gelo Água no solo Rios e lagos Atmosfera 97.96 1.64 0.36 0.04 0.001 Profundidade da esfera (m) 2685 45 10 1 0.03 A quantidade de água nos diversos reservatórios, em termos da percentagem do total e em termos de profundidade se toda o conteúdo se espalhasse pela Terra. (adaptado de Stowe, 1979) Porque se movem as águas do Oceano? Energia solar Rotação da Terra Contribuição da energia solar: Circulação atmosférica ventos Causa: aquecimento diferencial da atmosfera Variações de temperatura Variações de salinidade Causa: fluxos de calor através da interface ar-água Causas: precipitação e evaporação; transições de fase ar-gelo Variações espaciais da densidade da água Circulação induzida pelo vento Circulação termohalina Contribuição da rotação da Terra: Efeito da força de Coriolis, porque a Terra curva para os pólos. Resultado: os movimentos são deformados – para a direita no H.N. E para a esquerda no H. S. (a) Um projéctil lançado para Norte a partir do equador move-se para Leste tal omo a Terra e para Norte com a velocidade de disparo. (b) Trajectória do projéctil relativamente à Terra. No tempo T1 o projéctil moveu-se para M1 e a Terra para G1. No tempo T2 o projéctil moveu-se para M2 e a Terra para G2. Há depleção causa pela força de Coriolis, maior para maiores latitudes. A roda da bicicleta não roda no Equador, mas vai rodando no sentido dos ponteiros do relógio relativamente à Terra, cada vez com maior velocidade à medida que se aproxima do pólo. As diferentes escalas na Circulação dos Oceanos Circulação de larga escala Exemplo da circulação de mesoescala: Afloramento costeiro, filamentos, vórtices, correntes e contracorrentes costeiras, etc. Exemplo da circulação de pequena escala: hidrodinâmica costeira. Ondas, correntes costeiras induzidas pelas ondas, Interacção entre o escoamento e o fundo, pequenos vórtices, algumas ondas internas, etc. Propriedades físicas da água do mar água do mar “média” temperatura (ºC) água pura 4 S=24.7 T=-1.33ºC 2 0 -2 0 10 20 salinidade 30 40 A temperatura de densidade máxima e o ponto de congelação da água do mar em função da salinidade. A densidade (escrita em sigma-t) como uma função da temperatura e salinidade, numa gama apropriada para todo o oceano. Note-se que 90% da água de todo o oceano está dentro da área a tracejado. O espectro da radiação solar Curvas da irrandiância solar no topo da atmosfera e na superfície do Globo. Na figura está também representada a curva de emissão do corpo negro para uma temperatura de 6000 K, a temperatura aproximada do Sol. O espectro electromagnético e em detalhe a região visível do espectro Sol O Balanço de Energia do Planeta À radiação solar incidente atribui-se 100 unidades. Balanço da radiação à escala mensal Rad. de pequeno c.d.o. (recebida) Balanço da radiação (recebida-emitida) Rad. de grande c.d.o. (emitida) -100 -50 -25 0 25 50 100 125 150 200 Wm-2 A extinção da radiação solar em profundidade Representação espectral simplificada da radiação solar à superfície do oceano e a várias profundidades. Representação da distância que a luz solar percorre antes de ser atenuada em 50% como função do c.d.o., para águas com vários índices de turbidez. Note-se que águas transparentes tendem a ser azuladas e águas muito turbidas tendem a ser amareladas. (violeta) (azul) (verde) (amarelo) Comprimento de onda (10-3 mm) (vermelho) Aquecimento desigual do Planeta ....no tempo: ....no espaço: Temperatura superficial do Oceano: Temperatura da superfície do mar (ºC) Varia no espaço e no tempo, seguindo um ciclo anual. No entanto, é sempre mais elevada nas regiões equatoriais… Diferenças entre o padrão de Janeiro e Julho. As grandes diferenças são observadas (azul escuro a preto) sobre os continentes enquanto nos oceanos raramente passam os 8-10ºC. Nestes, as maiores diferenças são nas latitudes médias, pois as regiões tropicais e equatoriais são bastante constantes. Valor médio e gama de temperaturas da superfícies da Terra (a) sobre a superfície do oceano. Note-se que as grandes diferenças ocorrem nas latitude médias. (b) sobre os continentes e regiões geladas. Note-se que as grandes diferenças ocorrem nas regiões polares, em contraste com os oceanos. Balanço de Calor do Sistema Oceano-Atmosfera Calorias por cm2 por minuto O excesso de energia nas baixas latitudes tem que ser transportado para as altas latitudes balanço negativo de energia radiação terrestre emitida balanço positivo de energia Equador radiação solar incidente balanço negativo de energia Em cima: as correntes oceânicas transportam mais de metade da energia total transportada perto do equador. Nas latitudes mais elevadas o transporte atmosférico excede o transporte oceânico. Em baixo: comparação entre a energia transportada pelos oceanos no hemisfério Norte e hemisfério Sul. As grandes circulações não se realizam apenas à superfície… A circulação oceânica mais importante na redistribuição de energia na Terra: A Grande Correia de Transmissão da Energia no Oceano (conveyor belt) Distribuição da salinidade da superfície do mar Em cima: relação entre a evaporação e a precipitação no oceano como função da latitude. Em baixo: salinidade média do oceano mundial em função da latitude. Valores médios da salinidade superficial do oceano mundial. Estrutura vertical (típica) do oceano Em cima: Perfis verticais da temperatura típicos para as diferentes latitudes do oceano. A termoclina sasonal ocorre devido ao forte aquecimento superficial do oceano durante o Verão nas latitudes médias. Em baixo: Sucessão de perfis de temperatura mostrando o desenvolvimento (linhas a cheio) e o decaimento (linhas tracejadas) da termoclina sasonal no hemisfério Norte.