3 – ESTRATIFICAÇÃO E ESTABILIDADE NO OCEANO E SUAS IMPLICAÇÕES
A densidade de um volume de controle de água do mar é determinado pela sua temperatura, salinidade e pressão a que está sujeita.
Para alguns fins é possível ignorar essas pequenas variações na densidade e assumir o oceano como homogéneo (75% do oceano se não considerarmos a compressão tem a densidade entre 1026,4 e 1028,1 Kg/m2). Mas para outros fins estas variações são muito importantes.
Para se determinar a densidade com precisão é necessário um trabalho cuidado e difícil de laboratório, o que não pode ser, em geral, feito a bordo de um navio. Assim, calcula-se a densidade recorrendo a valores observando a temperatura, salinidade e pressão, utilizando a
equação de estado da água do mar. um Oceano estratificado corresponde a um aumento
da densidade em profundidade.
Poderá a variação da densidade com a profundidade causar movimento vertical da água? Se existir um fluido “mais leve” por cima de um outro fluido “mais pesado” não haverá a tendência para o movimento vertical. Se o “mais pesado” estiver sobre o “mais leve” há tendência para que o “mais pesado” afunde e o “mais leve” suba: a distribuição de densidade é instável.
Temos pois que examinar o gradiente vertical da densidade para determinar se o fluído (água) é estável (resiste ao movimento vertical), se é neutro (não oferece resistência ao movimento vertical) ou se é instável (tem tendência para se mover verticalmente).
Em notação: < 0 estável Z
> 0 instável valores de Z para cima! Z
= 0 neutro Z
Quando consideramos a distribuição de densidade e a sua relação com a estabilidade, não podemos esquecer a compressibilidade e as trocas de calor com a vizinhança do volume de controle. O conceito de temperatura potencial , permite-nos não considerar as trocas de calor com a vizinhança.
Vejamos como:
O conceito de é uma consequência da 1ª Lei da Termodinâmica – Lei da Conservação da Energia:
int = Q + W
Conceito da
O nosso sistema é o volume de controle. Se assumirmos que não há trocas de calor com a vizinhança (ou seja, o processo é adiabático) a variação de energia interna é igual ao trabalho realizado sobre o volume de controle. Uma vez que a água do mar é ligeiramente compressível, é realizado trabalho a comprimir a água à medida que ela afunda e a pressão aumenta.
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, vai dar-se um aumento da energia interna no volume de controle, ou seja, vai observar-se um aumento de temperatura, que é uma medida da energia interna. O inverso também é verdadeiro, quando se dá uma subida do nosso volume de controle: a pressão diminui, a água expande-se e a temperatura baixa (a água expande-se → o trabalho é realizado pelo volume de controle).
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A frequência e o período de oscilação são dados por:
N = (g E)½ TN = 2
N
Onde N é a frequência de Brunt-Väisälä.
Os períodos mais pequenos observados no oceano andam à volta de um minuto, o que corresponde a uma estabilidade de E = 10-3/m. No oceano profundo, onde a estabilidade é da ordem de 10 -7 a 10 –8/0, o período de Brunt-Väisälä é da ordem de 3 a 5 horas. Em regiões onde o oceano tenha estabilidade neutra (regiões com constante), o período é infinito!
- A frequência é maior quanto mais horizontal é a isopícnica da densidade, isto é, quanto mais estável for o oceano maior é a frequência de Brunt-Väisälä.
- Num oceano com isopícnicas mais afastadas o mesmo deslocamento provoca menor diferença entre a densidade da partícula e a densidade do oceano, onde as isopícnicas estejam mais apertadas; num oceano com isopícnicas mais apertadas o mesmo deslocamento provoca maior diferença entre a densidade da partícula e do oceano, logo as forças de impulsão também são maiores.
Implicação da estratificação do oceano:
Mistura vertical: quanto mais estratificado for um oceano, mais trabalho é necessário para o misturar. Logo, quanto menos estratificado (ou seja, mas bem misturado) for um oceano, maior a sua energia potencial. Os ventos misturam a camada superficial do oceano, formando a camada de mistura - mixed layer:
Energia cinética vento realização de trabalho energia potencial oceano superficial É necessário muito mais energia para misturar uma termoclina pronunciada (à superfície) do que o oceano profundo, pouco estratificado.
Quanto mais pronunciada for a picnoclina do oceano maior terá de ser a energia cinética do vento para que haja a mistura de águas.
Referente a B tempo profundidade tempo profundidade C D Referente a A
Mistura horizontal: a mistura ao longo das isopícnicas é muito mais fácil que perpendicularmente às isopícnicas (num factor de 10 8). É necessário pouco trabalho para misturar ao longo das linhas de igual densidade. As isopícnicas são, em geral, quase horizontais no oceano aberto.
Logo, a mistura horizontal é muito mais fácil que a mistura vertical no oceano, por consideração de ordem energética.
