AQUECIMENTO DO OCEANO AUSTRAL TENDÊNCIAS DE TEMPERATURA DO MAR DE WEDDELL NO SÉCULO XX Marcos Tonelli 1, Bruno Ferrero 1, Ilana Wainer 1, Janini Pereira 1 RESUMO Os oceanos apresentam grande importância no balanço energético do planeta, principalmente devido à existência da Circulação Termohalina Global (CTG), que é responsável pela manutenção do clima, uma vez que distribui uma porção considerável da energia recebida nos trópicos para as regiões polares. Os pólos fazem a ligação dos ramos superior e inferior da CTG, pois são regiões onde as águas ganham densidade e afundam formando as massas de água que ventilam o fundo dos oceanos. O aquecimento das águas do Mar de Weddell (MW) no Continente Antártico apresenta importantes implicações nos processos de formação das massas de águas profundas, no derretimento do gelo superficial e no fluxo de calor oceano-atmosfera. Para avaliar as tendências de temperatura no MW foram analisados dados de temperatura de 25 anos (1975-1999) gerados pelo modelo acoplado de circulação geral Community Climate System Model (CCSM3) para o cenário apresentado pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) para o século XX. De um modo geral a ultima década (1990-1999) apresentou temperaturas superiores às médias dos 25 anos analisados em todas as profundidades, alcançando até 0,14 C. Durante os 25 anos a maior parte do MW apresentou uma tendência de aquecimento, com taxas de até 0,018 C/ano. ABSTRACT The oceans play an important role in the global energy budget, mainly, due to the existence of the Global Thermohaline Circulation (THC), which controls global climate by distributing a large amount of heat from the tropics to the poles. The poles connect the upper and lower branches of the THC, where water loses buoyancy and gains density producing deep water masses that ventilate the deep layers of the ocean. Warming of water in the Weddell Sea (WS) has important implications for deep water formation, surface ice melting and ocean-atmosphere heat exchange. To evaluate temperature trends in the WS, a 25-years data set has been analyzed, from 1975 to1999. The data set was generated by the coupled general circulation model CCSM3 for the 20 th century scenery presented by IPCC. For the last decade (1990-1999), mean temperatures were up to 0,14 C higher than the 25 year s means, when the WS waters warmed at rates that reached 0,018 C/yr. Palavras-Chave Aquecimento; Oceano Austral; Mar de Weddell 1 Laboratório de Meteorologia Marinha, Instituto Oceanográfico Universidade de São Paulo. Praça do Oceanográfico, 191. Cidade Universitária. São Paulo SP - Cep: 05508-900 Brasil (11) 3091-6581. marcos.tonelli@gmail.com
INTRODUÇÃO Existem diversos fatores que controlam o clima terrestre e regulam as suas variações a curto, médio e longo prazo. Neste contexto, os oceanos se apresentam como uma componente extremamente importante, no que se refere à manutenção das características climáticas globais, uma vez que realizam um intenso intercâmbio de energia e momento com a camada inferior da atmosfera (Summerhayes & Thorpe, 1996). Segundo Sulman (1982), cerca de 50% da radiação solar absorvida pelo sistema atmosférico terrestre é incorporada pelos oceanos tropicais, sendo que parte desta energia é devolvida para a atmosfera e parte é transportada ao redor do globo por correntes oceânicas. Summerhayes & Thorpe (1996) afirmam que em 30 N o transporte de calor é de aproximadamente 5 PW, dos quais 2 PW são transportados pelo oceanos em 24 N. Segundo Broecker (1987) o fluxo de calor ao redor do globo associado às correntes oceânicas pode ser analisado como um cinturão condutor oceânico que percorre todos os oceanos, transportando calor dos trópicos para regiões polares. Schmitz (1996) atualizou o esquema proposto por Broecker (1987) incluindo de forma mais detalhada a interação entre diversas as massas d água e correntes oceânicas que compõem a Circulação Termohalina Global (CTG), bem como os sítios de formação dessas massas d água (figura 1). Figura 1: Representação esquemática da participação de diversas correntes oceânicas na formação de massas d água e na configuração da Circulação Termohalina Global. (Adaptada de Schmitz, 1996). O afundamento de águas mais densas no Oceano Austral contribui significativamente para a formação do ramo inferior da Circulação Termohalina Global (Gordon, 1986; Broecker, 1987). O Mar de Weddell (MW) é considerado o principal sítio de formação da Água de Fundo Antártica (AFA), e assim, a fonte predominante de águas de alta densidade que ventilam os fundos do oceano global. Com isso, mudanças nas águas profundas do MW podem afetar diretamente a formação da
AFA e, conseqüentemente, a quantidade de calor transportado pela CTG e o balanço energético da Terra (Pereira, 2001; Robertson et al., 2002; Broecker & Peng, 1982). O Mar de Weddell O Mar de Weddell (figura 2) está localizado entre 60º e 78 de latitudes sul e entre 20 e 60 de longitudes oeste, englobando a maior parte do giro de Weddell; um giro ciclônico que favorece a formação da AFA, importante para ventilação dos fundos dos oceanos (Carmack & Foster, 1975; Fahrbach et al., 1995; Pereira, 2006). O MW é limitado ao sul pelo Continente Antártico e a oeste pela Península Antártica. As Cordilheiras Scotia do Sul, América-Antártica e Sudoeste Indiana marcam os limites norte e nordeste do MW. É importante ressaltar que essas barreiras topográficas são extrapoladas pelo giro de Weddell (Orsi et al. 1993). Segundo Robertson (2002) e Orsi et al. (1993), em aproximadamente 30 E, águas relativamente quentes e salinas da Corrente Circumpolar Antártica (CCA) são capturadas pelo giro de Weddell e transportadas para oeste para regiões polares mais frias, onde a interação oceanoatmosfera-gelo promove o resfriamento dessas águas, que formam a Água Profunda Cálida (APC; Foster & Carmack, 1976; Fahrbach et al., 1994; Pereira, 2006). Devido aos processos de mistura sobre a plataforma continental e talude e as interações da APC com a Água Circumpolar Profunda (ACP) ocorre a formação da Água Profunda do Mar de Weddell (APMW) e da Água de Fundo do Mar de Weddell (AFMW). As duas massas d água formadas fluem sobre o talude, sendo que a AFMW fica represada em 3000-3500 metros de profundidade pela Cordilheira América-Antártica, por apresentar salinidade superior a APMW. Esta última, por sua vez, se movimenta em profundidades menores e pode transpor as barreiras topográficas, adentrando ao Mar de Scotia, onde se transforma em AFA por processos de mistura e flui para o oceano profundo global tornando-se parte da CTG (Robertson, 2002; Gordon, 1998; Fahrbach et al., 1998). TENDÊNCIAS DE TEMPERATURA NO MAR DE WEDDELL Foram analisados dados de temperatura gerados pelo modelo de circulação geral acoplado Community Climate System Model (CCSM3) desenvolvido no National Center for Atmospheric Research (NCAR) para o cenário apresentado pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) para o século XX. Os dados se referem a uma radial que cruza o Mar de Weddell (figura 2), compreendendo as regiões de entrada e saída - leste e oeste da radial, respectivamente - das águas da CCA capturadas pelo giro de Weddell.
Figura 2: Oceano Austral, evidenciando a porção oeste do Continente Antártico e o Mar de Weddell. A linha amarela mostra o giro de Weddell e as setas indicam as regiões de inflow (leste) e outflow (oeste). A linha vermelha indica a seção transversal analisada. Os dados compreendem o quarto final do século XX, mais precisamente do ano de 1975 ao ano de 1999. Foram produzidas seções verticais contendo a média da temperatura nos 25 anos; a média da temperatura na última década (1990-1999); a diferença entre a média dos 25 anos e a última década (figura 3) e a tendência de variação anual de temperatura(figura 4). Observa-se na figura 3 que a porção superior é caracterizada por uma água mais fria, devido à interação oceano-gelo-atmosfera; logo abaixo, na porção leste da radial existe um núcleo de águas mais quentes que representam a região de entrada das águas provenientes da CCA. A maior parte da seção apresentou temperaturas mais elevadas entre os anos de 1990 e 1999 em até 0,14 C (a aproximadamente 1800 m de profundidade) na região correspondente a entrada. Figura 3: diferença entre a temperatura média ( C) da última década (1990-1999) e a média dos 25 anos (1975-1999)
Para analisar o padrão no comportamento da temperatura ao longo do período analisado foi construída uma seção vertical contendo a tendência de temperatura da região durante os 25 anos. Novamente, a maior parte da seção apresentou uma tendência de aquecimento positiva, sendo que a região correspondente à entrada das águas da CCA apresentou as maiores taxas de variação, chegando a um incremento de 0,018 C/ano (figura 5). Figura 4: tendência de temperatura ( C/ano) no Mar de Weddell entre os anos de 1975 e 1999 DISCUSSÃO Estudos como o de Fahrbach et al (2004), têm mostrado que a maior parte do Oceano Austral apresentou um aquecimento nas últimas décadas e que alguns pontos específicos exibem águas menos salinas, possivelmente como resultado do derretimento do gelo na superfície do oceano. A importância do balanço de água doce reside no fato que um aporte acelerado dessa água sobre o os sítios de formação das massas de águas profundas poderia diminuir a taxa de afundamento dessas águas salinas e densas afetando a CTG, assim como ocorreu no passado. O modo de variabilidade predominante no Oceano Austral é denominado Modo Anular do Atlântico Sul (SAM). Esse modo é composto por uma estrutura zonalmente simétrica envolvendo alternância de massas atmosféricas entre as médias e altas latitudes do Hemisfério Sul. Nos últimos 30 anos o SAM apresentou uma tendência positiva direcionada para o pólo, aumentando a força dos ventos de oeste sobre o oceano, possivelmente como conseqüência da diminuição do ozônio estratosférico e do aumento do efeito estufa. Assim, o SAM pode afetar tanto a posição do giro de Weddell, quanto os processos de derretimento do gelo superficial. O aquecimento das camadas superiores do Mar de Weddell pode ocorrer por dois processos; aumento no aporte de águas quentes ou pela alteração dos processos de mistura no interior do MW. Robertson et al. (2002) realizaram estudos com dados observacionais do Mar de Weddell e encontraram uma tendência de aquecimento de 0,012+0,007 C/ano para a Água Profunda Cálida,
que sofre maior influência da entrada de águas da CCA. Neste sentido, a tendência de aquecimento encontrada para o MW no presente estudo corrobora os estudos pretéritos, especialmente para o núcleo referente à entrada de águas quentes que apresentou uma taxa de 0,018 C/ano. As evidências mostram que o Oceano Austral está aquecendo nas últimas décadas e que esse aquecimento pode afetar a intensidade da CTG e, conseqüentemente, o clima do planeta. Se essas mudanças são naturais ou devido à ação antrópica, ainda não é possível afirmar, o que mantém este questionamento para estudos e discussões futuras. REFERÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS BROECKER, W.S., 1987. The Biggest Chill. Natural History Magazine, 47. 74-82. BROECKER, W. S. & PENG, T. H., 1982. Tracers in the Sea. Columbia University. Eldigio Pr. Lamont-doherty Geological Observatory, Palisades - NY. 690 p. CARMACK, E.C. & FOSTER, T.D. 1975. On the flow of water out of the Weddell Sea. Deep Sea Research, 22, 711-724. FAHRBACH, E.; ROHARDT, G.; SCHEELE, N.; SCHRÖDER, M.; STRASS, V. & WISOTZKI, A. 1995. Formation and discharge of deep and bottom water in the northwestern Weddell Sea. Journal of Marine Research, 53, 515-538. FAHRBACH, E.; MEYER, R.; ROHARDT, G.; SCHRÖDER, M. & WOODGATE, R.A. 1998. Gradual warming of the Weddell Sea deep and bottom water. Filchner- Ronne Ice Shelf Program, Report no.12, Alfred-Wegener-Institut, Bremerhaven, Germany, 24-34. FAHRBACH, E.; ROHARDT, G.; SCHRÖDER, M. & STRASS, V. 1994. Transport and structure of the Weddell Gyre. Annales Geophysicae, 12, 840-855. FAHRBACH, E., M. HOPPEMA, G. ROHARDT, M. SCHRÖDER, AND A. WISOTZKI. 2004, Decadal-scale variations of water mass properties in the deep Weddell Sea, Ocean Dynamics, 54, 77-91. FOSTER, T.D. & CARMACK, E.C. 1976. Frontal zone mixing and Antarctic Bottom Water formation in the southern Weddell Sea. Deep Sea Research, 23, 301-317. GORDON, A.L., 1986. Interocean exchange of thermohaline water. J. Geophys. Res., 91, 5037-5046. GORDON, A.L. 1998. Western Weddell Sea thermohaline stratification. In: JACOBS, S.S. & WEISS, R.F. (ed.). Ocean, Ice, and Atmosphere: Interactions at the Antarctic Continental Margin. Antarctic Research Series, 75, Washington DC: AGU, 215-240. ORSI, A.H.; NOWLIN, W.D. & WHITWORTH, T.1993. On the circulation and stratification of the Weddell Gyre. Deep Sea Research I, 40, 169-303. PEREIRA, A. F., 2001. Numerical Investigation of Tidal Processes and Phenomena in the Weddell Sea, Antartica. Ph. D. Dissertation. Alfred-Wegener-Institut für Polar und meeresforschung, Bremerhaven. 133 p. PEREIRA, R. K. D., 2006. Distribuição, mistura e variabilidade das massas de água profundas do Mar de Weddell, Antártica. Tese de mestrado. Fundação Universidade do Rio Grande. 147 p. ROBERTSON, R.; VISBECK, M.; GORDON, A.L. & FAHRBACH, E. 2002. Longterm temperature trends in the deep waters of the Weddell Sea. Deep Sea Research II, 49, 4791-4806. SCHMITZ, W. J., 1996. On the World Ocean Circulation, Vol., II: The Pacific and Indian Oceans/A Global Update. Woods Hole Oceanographic Institution, Technical Report, WHOI-96-08, 237p. SULMAN, F. G., 1982. Short- and Long-Term Changes in Climate. Florida, USA. CRC Press. Vol. I. 163 p. SUMMERHAYES, C. P. & THORPE, S. A., 1996. Oceanography An Illustrated Guide. Southampton, UK. Manson Publishing. 362 p.