PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DA ÁGUA DO MAR

PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DA ÁGUA DO MAR

Olá leitores, tudo bem?

Hoje daremos início à Oceanografia Física, a segunda das quatro principais áreas da Oceanografia! Lembre-se que a primeira área estudada foi a Oceanografia Química, com informações sobre a composição da água do mar. Perdeu este post? Então, clique aqui! 

De forma geral, a Oceanografia Física estuda o movimento dos oceanos. Hoje falarei sobre as propriedades físico-químicas da água do mar. Este tema é fascinante…Vamos lá?!

1          TEMPERATURA

Diferente da salinidade (clique aqui e leia o post anterior), a temperatura da água do mar possui uma grande variação, seja horizontal ou verticalmente na coluna d’água.

Temperatura e salinidade não podem ser tratadas separadamente, pois, a salinidade afeta a temperatura na qual a água do mar se congela. Portanto, esses dois parâmetros – em conjunto – são utilizados para identificar massas de água e sistemas de correntes, os quais serão discutidos na próxima postagem.

1.1        Distribuição Horizontal

A superfície dos oceanos se aquece pela radiação solar ou pela condução de calor da atmosfera e resfria-se pela radiação de retorno da superfície do oceano para a atmosfera, pela condução do calor de volta à atmosfera ou pela evaporação. É interessante que a evaporação (sozinha, sem os demais fatores) é responsável por 55% da perda de calor pelos oceanos.

Além destes fatores citados anteriormente, a temperatura superficial dos oceanos está relacionada com a latitude. Lembre-se que o equador recebe mais calor por unidade de área que os polos devido ao ângulo de incidência da radiação solar ser maior em pequenas latitudes do que em regiões polares (Figura 1).

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Figura 1 – Efeito da radiação solar em diferentes latitudes. A mesma quantidade de energia alcança todas as latitudes, mas em regiões polares se espalha por uma área maior, diminuindo a energia por unidade de área.

Apesar do equador receber quase o dobro da quantidade de calor que àquela recebida pelos polos, as regiões equatoriais não estão se tomando mais quentes e nem os polos mais frios. O que ocorre é um equilíbrio térmico, ou seja, o excesso de calor que as regiões equatoriais recebem é transferido para regiões polares, através da circulação atmosférica e oceânica, as quais serão abordadas posteriormente.

De uma forma geral, a temperatura das águas dos oceanos é bem baixa (cerca de 4ºC na maior parte do seu volume [77%]). Já na superfície, a temperatura distribui-se sazonalmente formando isotermas – linhas de mesma temperatura – segundo a latitude. A temperatura da superfície oceânica varia de, aproximadamente, 28°C na região equatorial até -1°C nos polos (Figura 2).

A variação anual da temperatura na superfície do oceano é de apenas, aproximadamente, 1°C quando próxima ao equador. Porém, a temperatura pode variar anualmente dependendo do hemisfério, de 5,5°C a 10°C aos 40° de latitude. A partir daí, volta a diminuir em direção aos polos (Figura 3).

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Figura 2 – Temperatura superficial dos oceanos nos meses de agosto (acima) e fevereiro (abaixo). Fonte: Extraído de Sverdrup, Johnson & Fleming, The oceans. New Jersey, Prentice -Hall, 1942. 1087p.

No hemisfério norte a variação sazonal da temperatura na superfície dos oceanos é maior devido à presença de grande quantidade terras emersas – continentes/massas de terras – com relação à de água. A temperatura nos continentes varia muito mais do que nos oceanos devido ao calor específico da água é maior do que o do solo e, portanto, os continentes tendem a resfriar grande volume de ar.

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Figura 3 – Perfis de variação anual média da temperatura superficial dos oceanos nas várias latitudes, nos oceanos Atlântico e Pacífico. Fonte: Extraído de Sverdrup, Johnson & Fleming, The oceans. New Jersey, Prentice -Hall, 1942. 1087p.

1.1        Distribuição Vertical

Na coluna d´água, a temperatura frequentemente diminui com a profundidade em regiões equatoriais e tropicais, ou seja, em pequenas e médias latitudes, respectivamente (Figura 4a). Como resultado do aquecimento da superfície oceânica cria-se uma estrutura de três camadas na coluna d’água.

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Figura 4 – Perfil típico da temperatura em função da profundidade, mostrando as três camadas principais em latitudes pequenas e médias (a) e em função da latitude (b).

Como na região superficial há uma rápida transferência de calor, é criada uma camada isotérmica, ou seja, uma camada de igual temperatura – a qual se situa até cerca de 500 metros de profundidade. Esta faixa é denominada de camada de mistura.

A região superficial – aquecida pelo Sol – é separada das águas frias e profundas oceânicas (camada de fundo) pela termoclina principal, a qual possui de 500 a 1000 metros de espessura. Na termoclina principal, a temperatura diminui abruptamente com a profundidade. A presença dessa camada impede a circulação vertical, praticamente isolando as águas superficiais das mais profundas.

Em todos os grandes oceanos há a termoclina, a qual ocorre em profundidades variáveis dependendo da latitude (Figura 4b). A termoclina surge em profundidades relativamente pequenas em regiões equatoriais (baixas latitudes), aparecendo em profundidades maiores em latitudes médias (regiões tropicais) e desaparecendo totalmente em latitudes maiores – cerca de 50° – (Figura 5).

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Figura 5 – Perfis típicos da temperatura em função da profundidade, em três latitudes diferentes.

Acima da latitude de 50º, a temperatura é relativamente uniforme em toda a coluna d’água. Lembre-se que a maior parte da superfície é recoberta por gelo durante o inverno nestas regiões polares e, mesmo no verão, existe pouca radiação solar, havendo pouca variação nas temperaturas do ar e da água.

Abaixo da termoclina, a temperatura diminui lentamente em direção ao fundo, alcançando valores entre 1°C e 3°C abaixo dos 4000 metros de profundidade. A região que alcança o assoalho marinho, é chamada de camada de fundo.

Além dessas três camadas na coluna d’água que ocorrem em latitudes pequenas e médias – camada de mistura, termoclina principal e camada de fundo – também pode ocorrer mais uma camada próxima à superfície (camada de mistura), denominada termoclina sazonal (Figura 6). Esta é causada pelo grande aumento da temperatura nas águas superficiais nos meses mais quentes do ano. Assim como a termoclina principal, essa termoclina sazonal também impede a circulação vertical da água.

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Figura 6 – Perfis de variação sazonal da temperatura em função da profundidade na camada de mistura em latitudes médias (regiões tropicais).

1          DENSIDADE

Além da salinidade (clique aqui e leia o artigo anterior) e da temperatura, há uma terceira propriedade física importante no ambiente marinho, a densidade. Esta é a razão entre a massa e o volume de uma substância e a unidade de medida mais usada é gramas por centímetro cúbico (g/cm3).

A densidade está profundamente relacionada com a temperatura e a salinidade (Tabela 1). Para aumentar a densidade (), basta aumentar a salinidade () ou diminuir a temperatura (). Este último parâmetro físico é o que mais influencia esta propriedade.

Tabela 1 – Densidade da água do mar (g/cm3) para várias temperaturas e salinidade.

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Tabela 1 – Densidade da água do mar (g/cm3) para várias temperaturas e salinidade.

Para a água pura, a densidade aumenta () com a diminuição de temperatura () até o valor máximo a 4°C, quando então a densidade decresce em direção ao ponto de congelamento a 0°C. Porém, para a água salgada, a densidade continua aumentando em direção ao ponto de congelamento. Devido aos sais dissolvidos na água do mar, o ponto de congelamento se reduz para cerca de -1,9°C (para água do mar com salinidade de 35). Mesmo que a pressão possua uma menor importância, ela também é uma variável que influencia a densidade. 😉

Lembre-se que na superfície do mar existem processos de evaporação e de aquecimento que modificam a densidade. Foi plotado em um gráfico os valores da densidade na coluna d’água
(Figura 7) e observou-se uma zona de rápida alteração neste parâmetro. Para a densidade, essa região é denominada de picnoclina, ou seja, é uma faixa onde a densidade da água muda rapidamente com a profundidade. Como alterações na temperatura causam alterações na densidade, em muitas áreas oceânicas a picnoclina coincide com a termoclina. Quando ocorre a termoclina sazonal (veja item 1.2), também ocorre uma picnoclina sazonal na camada de mistura.

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Figura 7 – Perfil típico da densidade da água do mar (g/cm3) em função da profundidade (região tropical).

Além da evaporação e aquecimento da superfície oceânica, há diversos outros meios pelos quais a densidade pode ser alterada, como descarga de água doce de rios, precipitação pluvial, formação ou dissolução de gelo.

É importante lembrarmos que as pequenas alterações nos valores de densidade podem acarretar grandes movimentos verticais de água e que a densidade dependa das seguintes variáveis: salinidade, temperatura e pressão!!!

1          PRESSÃO

A pressão hidrostática é uma função do peso da coluna d’água, portanto da profundidade e da densidade da água.

A cada 10 metros de profundidade a pressão aumenta 1 atmosfera (atm). Em Oceanografia, os valores de pressão são obtidos assumindo-se pressão zero na superfície do mar e não de 1 atm, que é a pressão atmosférica real média ao nível do mar.

Os organismos terrestres praticamente nunca estão sujeitos a pressões maiores que 1 atm. Porém, organismos marinhos precisam suportar pressões que ultrapassam 1.100 atm, ou seja, um peso de 1,1 toneladas por centímetro quadrado, nas fossas mais profundas!!! Mas… Quais as consequências da alta pressão?? As maiores consequências são os efeitos na reprodução celular e um profundo efeito nas macromoléculas como enzimas e proteínas.

1          LUZ

A luz solar penetra somente nas camadas superiores do oceano, delimitando a zona eufótica – região na qual há penetração de até 1% da radiação luminosa que chega na superfície. Em águas costeiras, normalmente, metade (50%) da luz que alcança a superfície é absorvida no primeiro metro, tendo a zona eufótica uma espessura de apenas 7 metros. Portanto, dependendo da turbidez da água – definida como a tonalidade da água em consequência da saturação de partículas em suspensão – mais próxima da superfície é a zona eufótica. Já em águas oceânicas muito claras, a zona eufótica raramente ultrapassa os 150 metros de profundidade. Nesta zona há uma considerável concentração de organismos, entre eles, microrganismos fotossintetizantes (os quais serão abordados mais pra frente!). Abaixo dos 1.000 metros de profundidade, a ausência de luz é total.

A luz penetra muito mais profundamente em oceano aberto do que em regiões costeiras. Isso ocorre, pois, o feixe de luz sofre uma diminuição de intensidade ao passar pela água do mar devido à absorção de energia pela própria água ou por material suspenso. Além disso, o feixe de luz também sofre um espalhamento pela água ou por partículas suspensas. Lembre-se que em regiões costeiras a turbidez da água é muito grande devido a grandes concentrações de matéria orgânica e detritos em suspensão fazendo com que a luz penetre pouco nestas regiões próximas da costa.

A absorção da luz pela água do mar varia de acordo com seus diferentes comprimentos de onda (Figuras 8 e 9).

  • Azul – possui pequeno comprimento de onda, sofrendo menor absorção, penetrando mais profundamente na coluna d’água.
  • Vermelha – já a luz vermelha possui um comprimento de onda grande, sendo a primeira a desaparecer no ambiente marinho. Tal fenômeno pode ser observado em filmes sobre a vida marinha, nos quais, a certa profundidade, todas as cores apresentam tons azulados, até o momento em que o iluminador acende uma luz branca e as diversas cores voltam a aparecer. 😉

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Figura 8 -As barras mostram as profundidades de penetração da luz de cada comprimento de onda.

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Figura 9 – A tabela mostra a porcentagem de luz absorvida no primeiro metro dos oceanos e as profundidades em que apenas 1% da luz de cada comprimento de onda permanece.

Você já visitou áreas offshore, ou seja, áreas oceânicas afastas da costa? Se sim, então você deve ter reparado que a água de região oceânica apresenta uma coloração azulada. Já as águas próximas da costa – inshore – possuem tons amarelados, esverdeados ou marrons, não é? Isso ocorre, pois, conforme mencionado anteriormente, águas costeiras possuem grande quantidade de material suspenso, os quais refletem ou absorvem luzes de diferentes comprimentos de onda. Já o oceano aberto, geralmente são pobres em partículas em suspensão, além da cor azul ser a que possui menor absorção, portanto predominante! Portanto, a cor da água depende da concentração, tamanho e da própria cor do material suspenso.

A intensidade da luz que chega até a superfície da água, depende também do ângulo de incidência (Tabela 2), que pode ser decorrente da latitude (maior latitude, menor incidência), estação do ano ou hora do dia. Quanto maior o ângulo de incidência, maior é a reflexão, diminuindo a quantidade de luz que efetivamente penetra na água. Depende também da cobertura de nuvens além da poluição atmosférica causada pelo homem.

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Tabela 2 – Reflexão do raio luminoso em função do ângulo de incidência.

É importante salientar que registrar a redução da intensidade da luz com a profundidade possibilita estabelecer uma profundidade limite para o crescimento dos vegetais, sendo possível determinar a capacidade de uma área ou volume oceânico qualquer, de suportar uma população fotossintetizante necessária para alimentar outros organismos marinhos. A importância desta informação está no controle da duração das estações de pesca e do volume da captura.

Referências e leituras sugeridas:

Lalli, C.M. & Parsons, T.R. 1995. Biological Oceanography: an Introduction. Butterworth-Heinemann Ltd., Oxford.

Garrisson, T. – 1996. Fundamentos de Oceanografia, 7ª edição.

Castro, P.; Huber, M. E. – 2012. Biologia Marinha. 8ª Edição.

Schmiegelow, J. M. M.. O Planeta Azul

Observação:

Para maiores informações acessem também: https://nossomeioporinteiro.wordpress.com/

Esta coluna é de responsabilidade da Maryta, bióloga (UNISANTOS) ([email protected]).

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