Introdução às Ciências do Mar Introdução às Ciências do Mar Oceanografia FísicaOceanografia Física

Paulo RelvasPaulo Relvas - - Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente, Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente, Universidade do Algarve (Universidade do Algarve (prelvas@ualg.ptprelvas@ualg.pt))

Curso de Ciências do MarCurso de Ciências do Mar

Ciências Geofísicas(estudo da Terra aplicando as leis da Física)

Geofísica InternaOceanografia

Física

Meteorologiae

Climatologia

Oceanografia(estudo dos Oceanos)

OceanografiaGeológica

OceanografiaQuímica

OceanografiaBiológica

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 Oceano como um sistema físico e o seu papel no ciclo hidrológico

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 Profundidade da esfera (m)

Oceanos 97.96 2685 Calotes polares e gelo 1.64 45 Água no solo 0.36 10 Rios e lagos 0.04 1 Atmosfera 0.001 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)

Contribuição da energia solar:

Circulação atmosférica ventosCausa: aquecimento diferencial da atmosfera

Variações detemperaturaCausa: fluxos decalor através da interface ar-água

Variações desalinidadeCausas: precipi-tação e evapo-ração; transiçõesde fase ar-gelo

Variações espaciaisda densidade da água

Circulação induzida pelo vento Circulação termohalina

Porque se movem as águas do Oceano?

Energia solar Rotação da Terra

(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.

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 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

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.

A temperatura de densidade máxima e o ponto de congelação da água do mar em função da salinidade.

4

2

0

-2

0 10 20 30 40salinidade

tem

pera

tura

(ºC

)

água puraágua do mar

“média”

temperatura de congelação

temperatura de densidade máxima

S=24.7T=-1.33ºC

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

O espectro da radiação solar

Sol O Balanço de Energia do PlanetaÀ radiação solar incidente atribui-se 100 unidades.

-100 -50 -25 0 25 50 100 125 150 200 Wm-2

Rad. de pequeno c.d.o. (recebida)

Rad. de grande c.d.o. (emitida)

Balanço da radiação à escala mensal

Balanço da radiação (recebida-emitida)

A extinção da radiação solar em profundidade

Representação espectral simplificada da radiação solar à superfície do oceano e a várias profundidades.

(violeta) (azul) (verde) (amarelo) (vermelho)

Comprimento de onda (10-3 mm)

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.

Aquecimento desigual do Planeta....no tempo:

....no espaço:

Temperatura da superfície do mar (ºC)

Temperatura superficial do Oceano:

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

O excesso de energia nas baixas latitudes tem que ser transportado para as altas latitudes

Calorias por cm2 por minuto

Equador

radiação solar incidente

radiação terrestre emitida

balanço positivo de energia

balanço negativo de energia

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.

A circulação oceânica mais importante

na redistribuição de energia na Terra:

As grandes circulações não se realizam apenas à superfície…

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 dooceano 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.