CARACTERIZAÇÃO E MISTURA DE MASSAS DE ÁGUA ANÁLISE TERMOHALINA:

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1 CARACERIZAÇÃO E MIURA DE MAA DE ÁGUA ANÁLIE ERMOHALINA: A temperatura e a salinidade podem ser consideradas como propriedades conservativas abaixo dos 100m de profundidade. Até aí sofrem muito a interacção com a atmosfera. A precipitação e a evaporação, radiação solar e o vento não podem modificar muito a salinidade abaixo dos 100m. Então o que é que aí vai fazer modificar a salinidade? É a mistura de massas de água. E é através das características - que se pode seguir uma massa de água. As características - das águas profundas são adquiridas à superfície em zonas delimitadas do oceano por interacção com a atmosfera. Perdido o contacto directo com esta, as águas só variam as suas características - por difusão (molecular ou turbulenta), variando portanto gradualmente. Podemos fazer perfis de e de com a profundidade, mas é difícil conjugar os 2. Para identificar a massa de água (ou massas de água) presentes num dado ponto do oceano, marcam-se num gráfico com a temperatura na coordenada vertical e a salinidade na horizontal, um conjunto de observações da temperatura e da salinidade a profundidades sucessivas num ponto do oceano, e unem-se os pontos. O resultado é um diagrama temperatura salinidade -. e a água for completamente homogénea, será representada por um único ponto no diagrama - e chamamos-lhe uma água tipo. Observações pouco dispersas em torno de um ponto, indicam a presença de uma água tipo. A mistura de 2 águas tipo forma uma massa de água, que será representada num diagrama - por um segmento de recta (ou muito aproximadamente). A B Água tipo Água tipo A B massa de água Vejamos agora algumas noções elementares sobre a mistura de águas tipo e a consequente formação de massas de água.

2 Comecemos pela mistura de 2 águas tipo caracterizadas por ( A, A ) e ( B, B ) que se misturam nas proporções P A e P B (P A, P B são percentagens referidas à unidade). Por unidade de massa de mistura temos: P A + P B = 1 Desprezando as variações do calor específico da água (estamos a cometer um erro inferior a 1%), podemos escrever (convecção de calor): P A A + P B B = Em que é a temperatura de mistura. A conversão de sal traduz-se por: P A A + P B B = Em que é a salinidade da mistura. Podemos ainda escrever que: Logo como P A + P B = 1, irá ficar: P A A + P B B = (P A + P B ) Donde : P A ( A ) = P B ( - B ) A = P B e - A = - P B B P A B P A Por raciocínio semelhante com a variável salinidade. Ficará: Então: - A = - P B B P A - A = - A B B Logo, o ponto representativo de mistura, caracterizado por e, encontra-se sobre a recta que une os pontos representativos das 2 águas tipo no diagrama -. M (, ) B ( B, B ) A ( A, A )

3 Além disso: AM = P B BM P A sendo AM e BM as distâncias de A a M e de B a M, respectivamente. E então: AM = BM = AB P B P A Logo: BM representa a proporção da água tipo A na mistura. AB AM representa a proporção da água tipo B na mistura. AB Graficamente iremos ter: AM BM M (, ) B ( B, B ) A ( A, A ) Percentagem de A : EXEMPLO: BM x 100 AB e a água tipo A, com uma temperatura de 5º C e uma salinidade 35, 5 s.p.u. se mistura com a água tipo B, com uma temperatura 2ºC e uma salinidade de 34,5 s.p.u. para dar uma mistura de características e de 3ºC e 34,85 s.p.u., quais são as proporções de água tipo A e tipo B na mistura? A figura seguinte mostra o exemplo com várias fases da mistura de 2 águas: emp (ºC) água 1 Curva a Curva b Curva c 3000 Prof (m)

4 salinidade salinidade salinidade temperatura água 1 ( 1, 1) (0 1500m) ( 2, 2) ( m) 2000m água 1 Proporção de água 1 aos 1000m 1000m Proporção da 1500m água 1 aos 1000m 1000m 1500m 2000m Curva a Não há mistura Curva b Há pouca mistura Curva c Há bastante mistura Apesar dos diagramas - poderem ser utilizados para inferir a temperatura e a salinidade resultante da mistura de 2 águas, a aplicação habitual é para determinar as proporções das diferentes águas já conhecidas que contribuem para a água quer estamos interessados em estudar e da qual conhecemos a temperatura e a salinidade (através de observações. Notemos que nem todos os segmentos de recta nos diagramas - representam mistura entre águas tipo: podem indicar variações dentro da mesma água. Estas variações podem resultar de águas com características - ligeiramente diferentes formadas em diferentes épocas do ano e que, de acordo com as suas densidades, se afundam para profundidades diferentes. Ou, em alternativa, as condições à superfície podem variar na região de origem da água durante o período de formação da água (em geral o Inverno). A água que se vai misturando em profundidade ao longo das superfícies isopícnicas inclinadas torna-se eventualmente estratificado na vertical e esta água será representada por uma linha mais ou menos recta num diagrama -. O processo de mistura de massas de água torna-se mais complexo quando se misturam 3 tipos de água. Os vértices do triângulo representam as águas tipo e o ponto representativo da mistura tem que cair dentro do triângulo, achando-se as percentagens das diferentes componentes medindo as distâncias desse ponto aos lados do triângulo: B B M C 1 M A 1 C A A B 1 C A M B C

5 P A = MA 1 P B = MB 1 P C = MC 1 P A + P B + P C = 1 AA 1 BB 1 CC 1 Vimos como é possível calcular as proporções relativas das diferentes águas tipo na mistura de água, utilizando o diagrama -. Vejamos agora como é que as distribuições de salinidade e temperatura variam à medida que as 3 águas se misturam no oceano e quais as consequentes modificações no diagrama -: Ver o acetato Como representativos da situação em 3 localizações diferentes, apesar de que do ponto de vista de massas de água em movimento, eles correspondem a 3 diferentes momentos no tempo. Na fase 2, na camada intermédia, ainda há uma porção de água com a sua temperatura e salinidade originais. É chamado água núcleo core water e é representado por um ângulo acentuado no diagrama -. Na fase 3, depois de mais mistura, esse ângulo é atenuado. Utilização dos Diagramas -: estabilidade: A densidade da água do mar, ou a sua variante oceanográfica, sigma-, é uma função da temperatura e da salinidade. É por isso possível desenhar linhas de igual densidade (isopícnicas) nos diagramas -, se assumirmos que a pressão é c te (em geral a pressão à superfície pressão atmosférica). Os valores de sigma- são por isso calculados a partir da temperatura in situ, salinidade in situ e pressão atmosférica. Contudo, ainda que pouco, a água sofra alguma compressão sobre o efeito da pressão. Assim, a temperatura da água profunda sobe devido à compressão adiabática e a temperatura in situ é maior que a temperatura que seria medida se a mesma água estivesse à superfície, à pressão atmosférica. Então a temperatura in situ não é propriamente uma propriedade conservativa, uma vez que varia com a pressão. Por outro lado, a temperatura potencial θ, (a temperatura in situ corrigida da compressão adiabática) é uma propriedade conservativa. Em consequência, a análise da curva - de uma dada estação oceanográfica pode dar indicações erradas sobre a estabilidade da coluna de água. Para que a coluna de água seja estável é necessário que a densidade aumente em profundidade, logo a curva - tem que ir cruzando as isopícnicas de forma crescente à medida que a profundidade vai aumentando. e representarmos θ e ( em vez de e ) e as isopícnicas potenciais, sigma-θ em vez de sigma-, a análise da estabilidade é mais perfeita, porque estamos a corrigir o resultado do efeito do aquecimento devido à compressão adiabática. Ainda assim

6 estamos a cometer algum erro, porque sigma-θ corresponde à densidade à pressão atmosférica. No entanto o erro é consideravelmente menor e cada vez mais as temperaturas são registadas nas observações oceanográficas de profundidade em termos de temperatura potencial θ. Contudo, para muitas aplicações, a temperatura in situ é adequada, e ambos os diagramas, - e θ- são amplamente utilizados. A estabilidade é tanto maior quanto maior for o ângulo entre a curva θ-. Outra utilização dos diagramas - está no controlo de uma estação oceanográfica, pois qualquer ponto que esteja muito fora da curva - da região em estudo está provavelmente errado e deve ser rejeitado. ambém se utilizam os diagramas - para obter valores interpolados a partir de dados observados. Massas de Água do Oceano Mundial: Centrais m Atlântico Norte m Pacífico Norte Intermédias até 1200m Mediterrâneo Atlântico: Profundas e de fundo Abaixo dos 1200m Funda H.ul Profunda H.Norte Formam-se nas regiões de convergência subtropical ( 40ºN e ) Formam-se em latitudes elevadas de ambos hemisférios e depois circulam para o hemisfério oposto.