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1o Semestre de 2005 IOF1223 - Circulao Geral dosOceanos
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A Circulao Ocenica em Grande
Escala e sua importncia noSistema Climtico
Prof. Dr. Edmo Campos
Depto. de Oceanografia Fisica, Qumica e GeolgicaIOUSP
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Objetivos Gerais Deste Curso:
Propiciar uma breve introduo aos fundamentosbsicos de Oceanografia Fsica
Ajudar a desenvolver uma compreenso dosprincpios geofsicos e processos oceanogrficosrelacionados que so crticos para o entendimentoda evoluo e do comportamento do clima global.
Descrever o estado bsico da camada lquidaque cobre o planeta, isto , a composio da gua
do mar, o equilbrio de foras que controlamventos, correntes do oceano e o papel dacirculao termohalina no clima da Terra.
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O planeta Terra um ecossistema vivo e emplena mutao, sendo constantementemodificado pela presena da vida. Compreenderesse ecossistema significa compreender a
relao entre a biosfera, geosfera, hidrosfera eatmosfera.
IntroduoIntroduo
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A OceanografiaOceanografia a parte da cincia
dedicada ao estudo dos oceanos,considerando seus aspectos fsicos,biolgicos, qumicos e geolgicos.
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As quatro reas da Oceanografia
Biolgica
GeolgicaQumica
Fsica
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OceanografiaFsica:
Estuda os movimentos e outros aspectos fsicos dos
oceanos, tais como sua estrutura termo-halina e suasinteraes com a atmosfera
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Alguns conceitos fundamentais noestudo dos movimentos do oceanoCorrente ou circulao: movimento horizontaldas massas de gua
Conveco: movimento vertical associado com
instabilidades gravitacionais.Vrtices: movimentos turbulentos horizontaisassociados com outros tipos de instabilidades.
Ondas: As ondas resultam de um balano de forasque tem sua intensidade variando periodicamente,produzindo assim um movimento tambm peridico.Elas so uma maneira eficiente para transportar energia
por distncias bastante longas.
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A circulao forada pelo vento
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A circulao termohalina global
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O Atlntico Sul
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Propriedades da gua do Mar:
A gua pura, quando comparada a fludos de composio similar,mostra propriedades bastante incomuns. Isto um resultado de
estrutura particular da molculas de gua H2O: Os tomos dehidrognio tm carga positiva e unitria, enquanto que o tomo deoxignio tm duas cargas negativas. Todavia, o arranjo final dasmolculas de tal maneira que as cargas eltricas no seneutralizam
A molcula de gua polarizada
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A molcula de gua um diplo eltrico, que faz com que asmolculas formem agregados de molculas (polmeros). Desta
forma, a gua reage mais lentamente do que molculas individuais;
por exemplo, o ponto de ebulio muda de -80C para 100C, o
ponto de congelamento muda de -110C para 0C.
Conseqncias principais da estruturadipolar da molcula de gua:
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A gua tem um forte poder de dissociao, i.e., pode separar o
material dissolvido em ons carregados eletronicamente. Como
conseqncia, o material dissolvido aumenta bastante a
condutividade da gua.
A condutividade da gua pura relativamente baixa, mas a
da gua do mar tem valores entre aqueles da gua pura e do cobre.
Conseqncias principais da estruturadipolar da molcula de gua:
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ngulo de 105 prximo ao ngulo de um tetraedro, i.e., umaestrutura com 4 braos saindo de um ponto central, todos com o
mesmo ngulo entre si (109 28).
Como resultado, os tomos de oxignio na gua tentam ter 4tomos de hidrognio anexados a eles em um arranjo
tetradrico. Isso chamado de "ponte de hidrognio, paracontrastar com as ligaes inicas e covalentes.
Pontes de hidrognio necessitam de energia de ligao cerca de10 a 100 menor do que as ligaes moleculares.
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DENSIDADE
A densidade um dos parmetros mais importantes no estudo da
dinmica dos oceanos. Pequenas mudanas de densidade na
horizontal (causadas por exemplo por diferenas de aquecimento da
superfcie) podem produzir correntes bastante fortes. Adeterminao da densidade tem sido portanto uma das atividades
mais importantes em oceanografia. O smbolo para a densidade a
letra grega (rho). A densidade da gua do mar depende da
temperatura T, da salinidade S e da presso p. Essa dependncia conhecida como a Equao e Estado da gua do Mar.
= (T,S,p)
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A densidade aumenta com o aumentoda salinidade e diminui com odecrscimo da temperatura, exceto paratemperaturas abaixo daquela dedensidade mxima.
A densidade dos oceanos usualmenteprxima a 1.025 kg m-3 (Em gua doce prxima a 1.000 kg m-3).
O oceangrafo comumente usa osmbolo t (a letra grega sigma com
subscrito t) para densidade.
Essa quantidade definida como t=
- 1.000 e no possui unidadesgeralmente (ele deveria ter as mesmasunidades que ). Uma densidade tpicada gua do mar portanto t = 25.
Diagrama T-S
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O Ciclo de gua
Similar a vrios outrosciclos, o ciclo da gua uneprocessos que atuam nomundo vivo e no vivo: aprecipitao e a evaporao
dos oceanos ligam osoceanos e a atmosfera; aevaporao nos continentese a transpirao dasvegetaes ligam aatmosfera com a biosfera
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Regio Volume (103
km3)
% do total
Oceanos 1.350.000 94,12
Lenol fretico 60.000 4,18
Gelo 24.000 1,67
Lagos 230 0,016
Umidade solo 82 0,006
Atmosfera 14 0,001
Rios 1 -
O balano da gua
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Processos Quantia (m3 por ano)
Precipitao no oceano 3,24 x 1014
Evaporao do oceano -3,60 x 1014
Precipitao nos continentes 0,98 x 1014
Evaporao dos continentes -0,62 x 1014
Ganho lquido doscontinentes = descarga rios
0,36 x 1014
O balano do ciclo da gua
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O Ciclo dos sais:
O ciclo do sal envolve ooceano e a litosfera, e temuma pequenaparticipao daatmosfera.
O ciclo dos sais opera emescalas de tempo muitograndes. Por esta razo, oestabelecimento de um
oramento esttico dossais no tem muitarelevncia para aoceanografia.
Elemento Abundnciana crosta
(%)
Tempo deResidncia
(anos)Sdio (Na) 2,4 60.000.000
Cloro (Cl) 0,013 80.000.000
Magnsio(Mg)
2,3 10.000.000
Chumbo(Pb)*
0,001 400
Ferro (Fe)* 2,4 100
Alumnio(Al)*
6,0 100
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O ciclo dos nutrientes
Nutrientes so essenciais para a vida vegetal e animal. Elesatravessam um ciclo terrestre e ocenico.
Em terra, os nutrientes so absorvidos dos solos pelas plantas eretornam ao mesmo pela a decomposio da matria orgnicamorta. Este um ciclo que se fecha numa escala de temporelativamente pequena, determinada pelo processo dedecomposio e os tempos de vida das plantas, animais ehumanos.
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O ciclo dos nutrientes
No oceano, a absoro denutrientes ocorre nascamadas superficiais,melhores iluminadas. Amaior parte dos nutrientes
removida dessa zonaeuftica e transferida paraas camadas maisprofundas, j que osorganismos mortos tendem
a se assentar no fundo dosoceanos.
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O ciclo dos nutrientesNas camadas mais profundas, a matria orgnica remineralizada,
quer dizer, nutrientes so mais uma vez disponibilizados de formadissolvida. Assim, o oceano no capaz de manter ecossistemas comalta produtividade, a no ser nos locais aonde os nutrientesremineralizados das camadas profundas sejam trazidos para a zonaeuftica, por processos de ressurgncia.
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O ciclo do cabonoO ciclo do carbono opera em
duas escalas de tempo bastantediferentes, envolvendo osoceanos, a atmosfera, alitosfera e a biosfera.
Em escala de tempo geolgica,
o carbono liberado para aatmosfera e para o oceanoatravs do desgaste de rochascalcrias. O carbono retornapara esse vasto reservatriocomo novas rochas que soformadas por deposiosedimentar.
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Numa escala detempo bem menordo que as escalasde tempoclimatolgicas, o
carbono constantementetrocado entre aatmosfera, osoceanos e os
organismos vivos emortos.
Os fluxos de carbono
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O balano do carbonoRegio Anterior ao
do homem (Gt)
Aps ao
antropognicaPlantas terrestres 610 550
Solo e humus 1.500 Sem mudana
Atmosfera 600 750 (+3,4 por ano)
Oceano superficial 1.000 1.020 (+0,4 por ano)
Vida marinha 3 Sem mudana
Carbono orgnico
dissolvido
700 Sem mudana
Oceano profundo 38.000 38.100 (+1,6 por ano)
(1 Gt = 1012 kg)
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O Balano Global de Calor
O balano global de calor consiste de entradas e sadas, ou ganhos eperdas. No caso especfico dos oceanos, entrada identificaprocessos pelos quais o oceano ganha calor, enquanto que "sada"representa a perda de calor pelo oceano.
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O planeta ganhacalor nos trpicos
e perde calor emlatitudes maisaltas.
Qual a importnciados oceanos nessebalano?
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A Circulao Termohalina Global
Pea fundamental no mecanismo climtco
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No AtlnticoNorte, aps cedercalor para aatmosfera, asguas de maior
salinidade vindasde sul afundam,dando origem aoramo profundo dacirculao
termohalina.
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After Ray
Peterson
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Qual o papel doAtlntico Sul?
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Importncia do Atlntico SulImportncia do Atlntico Sul
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Sinais de mudanas globais