TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE�As propriedades físicas da água pura relevantes para o estudo da dinâmica de

fluidos são apressãoe a temperatura. Para a água do mar tem que se juntar asalinidade.

�A temperatura e a salinidade são duas das mais importantes propriedadesfísicas da água do mar pelas seguintes razões:•ajudam a identificar massas de água particulares no oceano;•em conjunto com a pressão determinam adensidade da água do mar(ρ(S,T,P)).

�A densidade é o fator mais importante no movimento vertical das águasoceânicas, pois determina a profundidade à qual uma massa deágua alcança oestado de equilíbrio no campo gravítico.

�Propriedades Conservativasda água do mar são propriedades que variamapenas por mistura de massas de água, depois da água se ter afastado do contactocom a atmosfera e outras influências externas. Exemplos: temperatura potencial esalinidade.

�Propriedades Não-Conservativasda água do mar são propriedades que podemvariar por processos distintos da mistura de massas de água.Exemplos:temperatura ‘in situ’, oxigénio dissolvido e concentração de nutrientes.

�A temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas queconstituem uma dada substância→ propriedade microscópica. Do ponto devista macroscópico, a temperatura é uma propriedade de todos os sistemastermodinâmicos em equilíbrio térmico, ou seja, dois sistemas estão emequilíbrio térmico se e só se as suas temperaturas forem iguais.

�Transformações Adiabáticassão transformações que os fluidos sofrem emconsequência da sua compressibilidade, sem haver troca de calor com oambiente envolvente: quando um fluido se expande perde energia interna e atemperatura desce; quando se comprime ganha energia interna e a temperaturaaumenta.

�Temperatura Potencial - Como a água é ligeiramente compressível, umaporção de água trazida do oceano profundo para a superfície expande-se etende a arrefecer. A temperatura de uma porção de água do mar trazidaadiabaticamente até à superfície é mais baixa do que a medidain situ. Estapropriedade termodinâmica chama-setemperatura potencial e é usada paracomparar massas de água a profundidades significativamente diferentes ouquando se estuda movimentos verticais sobre uma gama de profundidadeselevada.

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

Calcule a temperatura potencial aqui:

FIGURE 3.3

(a) Potential temperature (θ) and temperature (T) (°C), (b) conductivity (mmho), and (c) salinity in the northeastern North Pacific (36° 30’N, 135°W).

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FIGURE 3.5

Potential density relative to (a) 0 dbar and (b) 4000 dbar as a function of potential temperature (relative to 0 dbar) and salinity. Parcels labeled 1 have the same density at the sea surface. The parcels labeled 2 represents Mediterranean (saltier) and Nordic Seas (fresher) source waters at their sills.

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A água fria é mais compressível que a água

quente.

Duas águas com a mesma desnsidade mas

com T e S diferentes, deixam de ter a mesma

densidade em profundidade.

Superfície isentrópica:

Aquela onde uma partícula de água se move

adiabáticamente.

�A dissolução dos sais na água pura provoca modificações nas suaspropriedades:• pequenas variações na compressibilidade, expansão térmica e índice de

refracção;• grandes variações na densidade, nas temperaturas do ponto de

congelação e de densidade máxima e na condutividade eléctrica.

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

Temperatura de densidade máxima e do ponto decongelação da água do mar em função da salinidade.

�Salinidade é uma medida da quantidade de sais dissolvidos naágua domar. Até 1980 a salinidade era expressa em partes por mil ( ppmou ‰). Asalinidade média dos oceanos é 35 ‰.

�Métodos de Medição da Salinidade:• Medição Gravimétrica: método moroso e impreciso devido à

decomposição de alguns sais durante o aquecimento até à evaporação.• Medição Química: baseado na titulação para determinar a clorinidade;

utilizado até meados da década de 60 do século XX.• Métodos Físicos: baseados na condutividade eléctrica; utilização de

uma fórmula empírica para converter razões de condutividade emsalinidades.

�Definição actual de salinidade baseada em fórmulas empíricas, queenvolvem uma razão de condutividades padrão,R15=C(S,15,0)/C(35,15,0).

�A salinidade é determinada a partir de medições da conductividadeeléctrica e da temperatura. Sensores de conductividade (C), temperatura(T) e pressão (D, do inglês depth) são habitualmente reunidos no mesmoaparelho de medida, o CTD.

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

�A importância do conhecimento da densidade,ρ, está no facto do movimento dasmassas de água intermédias e profundas ser controlado, entre outros factores,pela densidade, ou seja, pelaestabilidade gravitacional. Como a densidadedepende da temperatura e da salinidade, a circulação vertical é controlada porvariações destes dois parâmetros e por esta razão é designada CirculaçãoTermohalina.

�A densidade da água do mar à superfície é controlada apenas pela temperatura epela salinidade, mas no interior do oceano também depende dapressão, pois aágua é um fluido ligeiramente compressível.

�A densidade decresce com a temperatura e cresce com a salinidade e a pressão.

�As unidades de densidade são kg/m3.Gama de valores: 1021 kg/m3 à superfície― 1070 kg/m3 a 10000 metros deprofundidade. O valor médio é aproximadamente 1030 kg/m3.

�Em Oceanografia utiliza-se por vezes o volume específico,α=1/ρ, e quasesempre uma quantidade chamadaσt (sigma-t) ,σt =ρ(S,T,P0)-1000, em que P0 é apressão ao nível do mar (1 atmosfera).

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

�Como a densidade varia apenas nos dois últimos algarismos e comonormalmente se compara massas de água à mesma profundidade (mesmapressão), ou gama de profundidades, o uso deσt é mais prático. Emboraσt

tenha unidades, é usual omiti-las.• Exemplo: T=10ºC, S=35‰ e P=0⇒ ρ=1026,96 kg.m-3 ⇒ σt =26.96.

�Gama de valores paraσt: 21 (superfície)― 28,3 (10000 m).

�Associado à temperatura potencial,θ, define-se também adensidadepotencial, sigma-θ, representada pelo símboloσθ.

�Não existe método rápido, prático e seguro para medir a densidadein situ.Pode ser medida em laboratórios, mas os métodos são lentos. Na prática adensidade é deduzida a partir da temperatura, salinidade e pressão,medidas directamente. A dependência entre a densidade, a temperatura, asalinidade e a pressão é representada pela “equação de estado da água domar”, que é bastante complicada.

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

Equação de Estado da Água do Mar

com:

e:

Como verificamos a dependência da temperatura e da salinidade não é linear.

Calcule a densidade (sigma-t) a partir de T, S e P aqui:

A nova Equação de Estado da Água do Mar Thermodynamic Equation Of Seawater - 2010 (TEOS-10)

� A temperatura do oceano aberto está compreendida entre –2º C e 30º C e asalinidade entre 30 e 40. Cerca de 90% do oceano aberto está entre –2º C e 10º Ce entre 34 e 35 e representa maioritariamente água sub-superficial. O restante éágua de superfície.

A densidade (em unidades de sigma-t) em função datemperatura e da salinidade, numa gama apropriadapara todo o oceano. Note-se que 90% da água de todoo oceano está dentro da área a tracejado.

Note-se ainda que a relação entre a densidade, atemperatura e a salinidade é não linear, mais natemperatura que na salinidade. A densidade é menossensível a variações de temperatura a baixastemperaturas que a altas temperaturas.

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

� Em Oceanografia considera-se apressão hidrostática, isto é, a pressão devidoapenas à coluna de água acima de um dado nível (profundidade), o que implicaque P=0 quando o nível é a superfície,que está à pressão atmosférica.

� A EquaçãoFundamental da Hidrostática descreve a variação de pressão, p, coma profundidade, z, numa coluna de fluido:

p=ρgz.

TEMPERATURA, SALINIDADE E DENSIDADE

� Considerandoρ constante, a equação hidrostáticatraduz uma relação linear entre a pressão e aprofundidade.

� Unidades de pressão:1 Pa=1 N.m2;

105 Pa=105 N.m2=1 bar≈1 atmosfera.No oceano, pode-se usar a relação∆ Z=1 m⇔ ∆ p≈1 decibar (db).

Perfis verticais da temperatura típicospara as diferentes latitudes do oceano. Atermoclina sasonal ocorre devido aoforte aquecimento superficial do oceanodurante o Verão nas latitudes médias.

Sucessão de perfis de temperaturamostrando o desenvolvimento (linhas acheio) e o decaimento (linhastracejadas) da termoclina sasonal nohemisfério Norte.

ESTRUTURA VERTICAL DO OCEANO

Perfis verticais médios de salinidade típicospara as diferentes latitudes do oceanomundial.

ESTRUTURA VERTICAL DO OCEANO

Perfis verticais médios de densidade típicospara as diferentes latitudes do oceanomundial.

�A região superficial (na ordem de metros ou dezenas de metros)corresponde à “camadade mistura” onde o oceano está bem misturadodevido à influência directa do vento. Nesta região, temperatura, salinidadee consequentemente a densidade, variam pouco em profundidade. Segue-se uma região de forte gradiente vertical da temperatura (termoclina), dasalinidade (haloclina) e em consequência, da densidade (picnoclina). Naregião profunda estes parametros voltam a variar pouco em profundidade.

Estrutura vertical típica do oceano

ESTRUTURA VERTICAL DO OCEANO

Secção vertical norte-sul média zonal de densidade para o oceano mundial

ESTRUTURA VERTICAL DO OCEANO

Secção vertical norte-sul média zonal de temperatura para o oceano mundial