Capítulo 1 - Introdução: Dimensões e formas dos oceanos

1. Introdução

Oceanografia: estudo científico dos oceanos

• Objetivos dos estudos oceanográficos: obter descrição sistemática quantitativa do comportamento dos oceanos, que possibilite sua previsão com razoável precisão

Motivos para o desenvolvimento do conhecimento dos oceanos:

• São fontes de alimentos (peixes, crustáceos, etc…) - mas exploração pesqueira não pode ser depredatória
• São fontes de produtos químicos, como bromo, magnésio e sal (NaCl); há também grandes depósitos no assoalho marinho (cobre, cobalto e níquel)
• São fontes de água - provavelmente o produto mais importante a ser explorado pelo homem é a própria água, com a utilização de usinas de dessalinização
• São fontes de energia - gerada pelas ondas, pelas marés (usinas maré-motrizes), por gradientes verticais de temperatura, etc…; além dos depósitos de petróleo e gás abaixo dos oceanos
• São vias de transporte, de baixo custo, especialmente para grandes volumes
• Constituem a destinação de materiais poluentes (com os emissários submarinos de esgotos urbanos e industriais); esta atividade traz a possibilidade de deterioração da vida nos oceanos e a ocorrência de grandes desastres ecológicos
• Influenciam o clima; oceanos constituem um reservatório de calor e de água para a atmosfera, afetando enormemente o clima terrestre, através do balanço do calor da atmosfera, formação de nuvens, etc…
• Necessidades de obras costeiras (portos, marinas, piers), para a navegação, pesca, proteção de praias e de comunidades litorâneas
• São locais de atividades militares, com o emprego de navios, porta-aviões e submarinos, além da utilização de locais de embarque e desembarque de tropas
• Formas de lazer e de turismo (locais de veraneio, cruzeiros turísticos, etc…)

A utilização do oceano para as finalidades acima requer o desenvolvimento da Oceanografia como uma ciência multi- e inter-disciplinar.

A Oceanografia é o estudo científico do oceano real: uma solução complexa diluída e de volume extremamente grande, na qual uma grande variedade de reações químicas ocorre. Ao receber energia da atmosfera (ou através dela), padrões de circulação são gerados nos oceanos, transportando as águas com seu material dissolvido e em suspensão de um lugar a outro. Uma parte integrante do oceano é sua surpreendentemente diversificada comunidade biológica, distribuída através de todos os oceanos. Estas formas de vida dependem das propriedades químicas do seu meio e também as afetam; sua distribuição e produtividade são determinadas pela circulação e pelas propriedades físicas. Dos restos de plantas e animais se formam os sedimentos e também as rochas sedimentares. Devido à interação desses fatores físicos, químicos, biológicos e geológicos nos oceanos, se tem um campo único de conhecimento, a Oceanografia. Por outro lado, esta ciência se divide em disciplinas científicas básicas, formando assim as quatro divisões da Oceanografia: Oceanografia Física, Oceanografia Biológica, Oceanografia Química e Oceanografia Geológica.

2. Objetivos da Oceanografia Física

Conhecimento de:

• propriedades físico-químicas da água do mar (temperatura, salinidade, concentração de O₂)
• técnicas de medições de variáveis de interesse (correntes, nível do mar, temperatura, salinidade)
• propagação das ondas sonoras e eletromagnéticas no oceano
• natureza das águas oceânicas e sua classificação (em tipos d'água e massas d'água)
• movimentos no oceano (sob forma de correntes e ondas, em diversas escalas)
• interação da atmosfera com o oceano (através de ventos, radiação, umidade)
• influência dos corpos celestes no oceano (formando as marés astronômicas) (contribuições da Meteorologia, Astronomia,…)

A Oceanografia Física contribui em todos os estudos, pesquisas e trabalhos oceanográficos onde se requer o conhecimento:

• das propriedades da água do mar (temperatura, salinidade, densidade)
• e da circulação oceânica (correntes, nível da superfície do mar e ondas)
• com suas variações espaciais e temporais

3. Divisões da Oceanografia Física

Métodos de estudo:

• Tratamento sinótico (ou descritivo): observações de caracteres específicos e interpretação de suas relações
• Tratamento dinâmico (ou teórico): leis físicas são aplicadas no oceano, considerado como um corpo sujeito à ação de forças, e são resolvidas as equações matemáticas resultantes

Combinação dos métodos na Pesquisa Científica

Regiões de estudo:

• costeira: mais acessível para observações, mas com grandes variações das propriedades; nela se realiza maior parte das pescarias e se despeja lixos de cidades e indústrias
• oceânica

Escala dos fenômenos:

Escalas espaciais e temporais não são absolutamente fixas; porém, esta divisão é útil na classificação dos processos que são estudados em Oceanografia Física

4. Histórico da Oceanografia Física

Desde o início da navegação se tem o campo da Hidrografia: preparação de cartas de navegação e de correntes e Tábuas de Marés.
Observações dos primeiros navegadores (Cook e Vancouver, final do século XVIII) Mathew Fontaine Maury (1855): coleta sistemática de dados de correntes (registros de navios)

1872–1876 Expedição do H.M.S. Challenger ao redor do mundo
1925–1927 Expedição do Meteor no Oceano Atlântico

Primeiros Programas Intemacionais:

• 1957–1958: Ano Geofísico Internacional
• 1962–1965: Expedição Internacional ao Oceano índico
• 1974: GATE Atlantic Tropical Experiment (parte do GARP: Global Atmospheric Research Programme)

Primeiros estudos teóricos:
Marés: Newton (1687) e Laplace (1775)
Ondas: Gerstner (1847) e Stokes (1874)
Interação oceano-atmosfera: Ekman (1905), Bjerkness et ai (1933), Helland - Hansen (1934), Ekman (1953)

5. Sequência do curso

1. Descrição das bacias oceânicas e sua topografia
2. Propriedades da água do mar (distribuições na horizontal, vertical e no tempo)
3. Balanço do calor e da massa nos oceanos
4. Propagação do som e da luz no oceano
5. Instrumentação e análise de dados
6. Classificação das massas d'água
7. Descrição da circulação oceânica
8. Equações hidrodinâmicas básicas
9. Interação oceano-atmosfera
10. Ondas e Marés
11. Oceanografia costeira - Estuários
12. Movimento inerciai e ondas planetárias

6. Dimensões dos oceanos

71% da área da Terra é coberta por mares e oceanos e 29% por terras
Proporção de água para terra: no Hemisfério Sul 4:1, no Hemisfério Norte 1.5:1
Cobertura de oceanos: 81% no Hemisfério Sul, 61% no Hemisfério Norte.
Proporções dos oceanos: Pacífico 46%, Atlântico 23%, índico 20% e restante 11%

Profundidade média dos oceanos: 3730 m
Elevação média dos continentes: 840 m
84% dos oceanos possui profundidades maiores que 2000 m
11% dos continentes tem altitudes maiores que 2000 m
Máxima profundidade dos oceanos: 11524 m (Fossa Mindanao, no Pacífico Oeste)
Máxima altitude dos continentes: 8840 m (Monte Everest, Himalaia, ásia)
Dimensões horizontais dos oceanos (5000 a 15000 km) >>> que as verticais (4 km): uso de escalas diferentes na representação gráfica das propriedades

7. Divisões do fundo oceânico

Divisões, a partir do continente: costa, plataforma continental, talude continental e fundo abissal (Figura 1)

Figura 1: Seção de uma bacia oceânica, mostrando, esquematicamente, os principais acidentes topográficos.

Costa: parte da terra firme em contato com o mar e modificada sob sua ação (transporte de sedimentos por ondas e correntes)
Praias são bordas exteriores da costa, que se extende do nível mais alto ao mais baixo da maré (extensão horizontal típica de alguns metros)

Plataforma continental: 7,5% do total da área oceânica. Inclinação típica 1:500
Largura média de 65 km (mas com variações de fator 0.1 a 10)
Por ser rasa, tem grande penetração da luz solar: atividade biológica
Frequentemente águas são homogêneas, devido à mistura provocada pelas correntes e ondas, numa camada de pequena espessura
Na plataforma continental ocorre maior parte de pescarias, despejo de lixos e resíduos
Material do fundo: predomina areia, mas há também rochas e lama
Limite externo: “quebra da plataforma”, a cerca de 130 m de profundidade

Talude continental: 12% do total da área oceânica. Inclinação típica 1:20
Profundidade média 4000 m (máxima 9000 m)
Material predominante: sedimentos finos (areia fina, lama)
Freqüentemente possui canyons submarinos, na forma de U ou V
A parte mais profunda do talude, que se liga ao fundo abissal, é a “elevação continental”

Fundo abissal: cerca de 80% dos oceanos, com profundidades de 3000 a 6000 m
Grande variedade de topografia: depressões, bacias, montanhas, vales, planícies, fossas
Cordilheira Meso-Oceânica: mais extensa feição topográfica do planeta: começa na Groenlândia e percorre o meio do Atlântico, adentrando Indico e Pacífico
Há muitos montes submarinos (individuais) no fundo submarino (alguns afloram: ilhas)
Algumas bacias são muito planas (ex: Oeste do Atlântico Norte, inclinação: 2m/1100km)
Maior parte das fossas estão no Pacífico (Aleútas, Kurilas, Filipinas, Marianas): são estreitas, mas com profundid de até 10000 m (algumas com arcos de ilhas ao lado)

Sills: são montes submarinos (ridges) que separam uma bacia de outra ou, no caso de um fjord, separam um estuário do oceano exterior

8. Medições de profundidade

Desde 1920, uso de ecobatímetros: medem o tempo t que leva para o som emitido no casco do navio voltar refletido do fundo. Sendo c a velocidade do som na água, profundidade h é dada por h = c t / 2. Incertezas: variações de c com temperatura, salinidade, profundidade (deve usar valor médio) e possibilidade do eco não provir do fundo verticalmente sob o navio mais efeitos de marés e ondas

9. Constituição do fundo dos oceanos

Fundo oceânico é coberto por camada de sedimentos, com espessura de zero até 4 km (média de 300 m). Tipos de sedimentos:

• Depósitos terrígenos: na plataforma e talude, trazidos da terra por rios, ventos, geleiras
• Depósitos pelágicos: no fundo abissal, materiais formados em águas profundas (restos de plantas e animais)

Complementando:

1. Depósitos marinhos glaciais: na plataforma, em altas latitudes, trazidos ao fundo em períodos glaciais
2. Sedimentos vulcânicos: resultantes de erupções vulcânicas (ex: púmice e cinzas)

Dois sedimentos abissais mais importantes: argila vermelha (inorgânica, vulcânica) e vasas silicosas e carbonáticas.

Materiais complementares no fundo oceânico: poeira cósmica, carapaças de animais e efeitos de sais

Amostragens de sedimentos: com sondas corer: muitas vezes se tem materiais em camadas

Taxas de deposição de sedimentos são muito variáveis: no oceano profundo, 1 cm / 1000 anos (fornecem informações geológicas). Chegam a ser: no Mar Negro 1 cm / 50 anos e no Golfo da Califórnia 1 cm / 10 anos Na desembocadura de grandes rios: 50 a 100 cm / ano

Transporte de sedimentos do fundo marinho de um lugar a outro: por correntes, ondas, turbilhões, vento, geleiras, gravidade

10. Camadas Geológicas

Geologicamente, o oceano é dividido em três partes:

1. Margem continental (plataforma e talude)
2. Bacias oceânicas (parte do fundo abissal)
3. Cordilheiras meso-oceânicas (parte do fundo abissal)

Dificuldades de acesso e de coleta de amostras: uso de processos indiretos em Oceanografia Geológica (observações da propagação de ondas sonoras, anomalias magnéticas e da gravidade)

Velocidade do som: 2 a 3 krn/s no sedimento, 4.5 a 6 km/s na crosta continental, 6.6 km/s na crosta oceânica e 8.1 km/s no manto.

Crosta continental: rocha dura (K, Ca, Mg, Al)
Crosta oceâníca: rocha de embasamento (Fe, Pb, Cu)

Sob continentes: crosta continental e crosta oceânica
Sob margem continental: sedimento, crosta continental e crosta oceânica
Sob bacias oceânicas e cordilheiras meso-oceânicas: só crosta oceânica

Profundidade típica do manto: sob continentes: 30 km; sob oceanos: 10 a 15 km abaixo do nível médio do mar.