Geração e evolução de ondas

A hidrosfera terrestre está sujeita a inúmeros factores de perturbação, que geram fenómenos de movimentos ondulatórios superficiais e internos. Tais movimentos abrangem as correntes oceânicas, ondas internas e superficiais, e pequenos vórtices. Os factores perturbativos responsáveis por esses movimentos incluem, entre outros, a interacção com a radiação solar, a interacção gravítica com outros corpos do Sistema Solar (forças de maré) e a própria rotação da Terra. Relativamente a esta última, a sua contribuição deve-se à designada força de Coriolis, que age como uma força de deflexão e, como tal, depende directamente da latitude e da velocidade do objecto em movimento. A radiação solar influencia a movimentação oceânica, quer através da absorção da radiação (aquecimento da água), quer através da circulação atmosférica (ventos). Dado tratar-se dum fluido, a água constitui um bom meio material de propagação. Como tal, os factores de perturbação tenderão a transferir energia na forma de movimentos ondulatórios. As ondas, assim produzidas, serão caracterizadas por diferentes origens, que afectam directamente a sua forma.

Neste âmbito, verifica-se que certos factores, como o vento, a interacção gravítica com corpos celestes (em particular a Lua e o Sol), os sismos e condições anómalas de pressão atmosférica, provo- cam o aparecimento de ondas superficiais. Por outro lado, factores como perturbações do fundo mari- nho e fenómenos de atrito, entre a massa de água e o relevo oceânico, provocam o aparecimento de ondas internas [29]. Estas últimas não serão relevantes para o estudo em causa, pois as tecnologias de aproveitamento de energia das ondas não foram concebidas para este tipo de ondas. Relativamente aos ventos, a sua energia é transferida para as camadas superficiais do oceano através do atrito entre a atmosfera e a superfície do mar, devido à circulação induzida pelo vento [14]. A quantidade de energia transferida para a superfície do mar depende da velocidade do vento e do tempo que este sopra por cima das ondas e, por último, da distância ao longo da qual o vento sopra numa dada direcção. Esta energia transferida proporciona uma concentração natural da energia eólica na água, junto da superfí- cie livre do mar [4].

Relativamente às ondas superficiais, e após a sua criação, estas podem percorrer milhares de quilómetros, com pouca energia perdida, excepto se encontrarem ventos contrários. Perto da costa a energia das ondas dissipa-se, devido à interacção com o relevo marinho, podendo ser compensada com fenómenos naturais de refracção e reflexão, como debatido na secção 3.1.1. A interacção da circulação atmosférica com a superfície do mar (fig. 3.6), provoca o aparecimento de pequenas deformações rugosas nesta última, com uma disposição aleatória.

Fig. 3.6: Interacção da circulação atmosférica com a superfície do mar.

Fonte (adaptado): Open University, 1991 [34].

Destas deformações, surgem ondas capilares, de cristas arredondadas e depressões pouco acentuadas, com comprimentos-de-onda curtos (<1,74 cm) e celeridades reduzidas (c~24 cm/s) [14].

Com o desenvolvimento destas ondas, a superfície do mar torna-se irregular, provocando maior expo- sição à circulação atmosférica e, consequentemente, maior transferência de energia da atmosfera para a hidrosfera. A figura 3.7 esquematiza o movimento das moléculas de água, que origina a ondulação periódica.

Fig. 3.7: Esquema que traduz o movimento das moléculas de água, que origina a ondulação periódica.

Fonte (adaptado): Garrison, 2001 [13].

Com o aumento de energia transferida, dá-se o aparecimento de ondas de gravidade, com comprimentos-de-onda maiores (> 1,74 cm) e um perfil aproximadamente sinusoidal. Nesta fase,

quando a proporção entre a altura da onda (H) e o seu comprimento-de-onda () atinge o valor de 1/7, a gravidade passa a actuar como principal força de restauração da superfície. Se a transferência de energia continuar a aumentar, a amplitude (A) da onda aumenta mais do que o seu comprimento (), o que provoca a acentuação das cristas e o nivelamento das depressões [10]. A transferência de energia cessará, somente quando a celeridade da onda igualar a velocidade da circulação atmosférica. Desta forma, a transferência de energia, devida à circulação atmosférica, influencia directamente a altura (A), o comprimento-de-onda () e celeridade (c) das ondas.

Tal como foi referido na secção 3.1.1, a direcção de propagação da onda é perpendicular à direcção de perturbação, dado que as ondas marítimas são ondas transversais. Deste modo, essas ondas propagam-se perpendicularmente à linha das cristas. Neste âmbito, a direcção e o sentido de propaga- ção das ondas é definida pela direcção e pelo sentido da circulação atmosférica (direcção e sentido do vento). Deste modo, as ondas são geradas na direcção do vento e propagar-se-ão no sentido sotavento (“para onde sopra o vento”). Se a direcção e o sentido do vento mudarem, produz-se um novo conjun- to de ondas, nessa nova direcção e sentido. As ondas produzidas anteriormente à mudança continuam a sua propagação, e a sua direcção só se alterará quando embatem num obstáculo, ou quando entram em águas profundas. Nestes casos, ocorrerão fenómenos de reflexão, refracção e dispersão [14].

Os fenómenos referidos no parágrafo anterior constituem deformações típicas das ondas marí- timas, durante a sua propagação. Outra das deformações mais comuns está relacionada com a trajectó- ria das moléculas de água, por influência da variação da batimetria (fig. 3.8).

Fig. 3.8: Deformação das ondas com a variação da batimetria. Fonte (adaptado): Duxbury e Sverdrup, 2000 [9].

Em águas profundas, as moléculas de água mais superficiais apresentam uma trajectória circu- lar, e a sua influência sobre as restantes moléculas de água da onda decresce exponencialmente com a profundidade [10]. Por outro lado, ao aproximarem-se da linha de costa (águas pouco profundas) as ondas sofrem deformações, devido aos fenómenos de refracção e de reflexão, já explicados na secção 3.1.1, e os seus movimentos deixam de ser trajectórias circulares (fig. 3.9). Em águas de profundidade intermédia, as moléculas apresentam trajectórias elípticas e, em águas pouco profundas, as moléculas passam a oscilar praticamente num plano horizontal (oscilação linear). Desta última situação deriva o transporte de matéria (sedimentos) nas áreas de rebentação, nas quais as ondas marítimas deixam de ter um comportamento ondulatório clássico (que implica transporte exclusivo de energia).

Fig. 3.9: Variação da trajectória das moléculas de água com a profundidade relativa.

Fonte (adaptado): H. V. Thurman, 1997 [32].