CARACTERIZAÇÃO E MISTURA DE MASSAS DE ÁGUA – ANÁLISE
TERMOHALINA:
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.
Æ Então o que é que aí vai fazer modificar a salinidade?
É a mistura de massas de água. E é através das características T-S que se pode seguir
uma massa de água.
As características T-S 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 T-S por difusão (molecular ou
turbulenta), variando portanto gradualmente.
Podemos fazer perfis de T e de S 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 T-S.
Se a água for completamente homogénea, será representada por um único ponto no
diagrama T-S 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 T-S por um segmento de recta (ou muito aproximadamente).
T
T
← Água tipo
B
B
← massa de água
← Água tipo
A
A
S
S
Vejamos agora algumas noções elementares sobre a mistura de águas tipo e a
consequente formação de massas de água.
Comecemos pela mistura de 2 águas tipo caracterizadas por (TA, SA) e (TB, SB) que se
misturam nas proporções PA e PB (PA, PB são percentagens referidas à unidade). Por
unidade de massa de mistura temos:
P A + PB = 1
Desprezando as variações do calor específico da água (estamos a cometer um erro
inferior a 1%), podemos escrever (convecção de calor):
PA TA + PB TB = T
Em que T é a temperatura de mistura.
A conversão de sal traduz-se por:
PA S A + P B S B = S
Em que S é a salinidade da mistura.
Podemos ainda escrever que:
PA TA + PB TB = T (PA + PB)
Logo como PA + PB = 1, irá ficar:
PA (TA – T) = PB (T -TB )
Donde :
T A – T = PB
T – TB P A
e
T - TA = - PB
T – TB
PA
Por raciocínio semelhante com a variável salinidade. Ficará:
S - SA = - PB
S – SB
PA
Então:
S - SA = T - TA
S – SB T – TB
Logo, o ponto representativo de mistura, caracterizado por T e S, encontra-se sobre a
recta que une os pontos representativos das 2 águas tipo no diagrama T-S.
T
B (TB, SB)
← M (T, S)
A (TA, SA)
S
Além disso:
AM = PB
BM PA
sendo AM e BM as distâncias de A a M e de B a M, respectivamente.
E então:
AM = BM = AB
P B PA
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:
T
BM
B (TB, SB)
AM
← M (T, S)
A (TA, SA)
S
Percentagem de A :
BM x 100
AB
EXEMPLO:
Se 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 T e S 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:
0
10
500
água 1
1000
Curva a
Curva b
Curva c
2000
água 2
3000
Prof (m)
20
Temp (ºC)
salinidade
salinidade
salinidade
Proporção de água 2
aos 1000m
água 1
água 1
1000m
(T1, S1)
(0 – 1500m)
1500m
temperatura
Proporção da
água 1 aos
1000m
1000m
1500m
2000m
2000m
água 2
(T2, S2)
(1500 – 3000m)
água 2
água 2
Curva a
Curva b
Curva c
Não há mistura
Há pouca mistura
Há bastante mistura
Apesar dos diagramas T-S 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 T-S representam mistura
entre águas tipo: podem indicar variações dentro da mesma água. Estas variações
podem resultar de águas com características T-S 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 T-S.
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
TB
A1
M
C1
TM
TC
TA
água 1
C
A
B1
SA
SM
SB
SC
PA = MA1
AA1
PB = MB1
BB1
PC = MC1
CC1
Æ
PA + PB + PC = 1
Vimos como é possível calcular as proporções relativas das diferentes águas tipo na
mistura de água, utilizando o diagrama T-S.
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 T-S:
Æ 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 T-S.
Na fase 3, depois de mais mistura, esse ângulo é atenuado.
Æ Utilização dos Diagramas T-S:
estabilidade:
A densidade da água do mar, ou a sua variante oceanográfica, sigma-T, é uma função
da temperatura e da salinidade. É por isso possível desenhar linhas de igual densidade
(isopícnicas) nos diagramas T-S, se assumirmos que a pressão é cte (em geral a pressão à
superfície – pressão atmosférica). Os valores de sigma-T 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 T-S 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 T-S
tem que ir cruzando as isopícnicas de forma crescente à medida que a profundidade vai
aumentando.
Se representarmos θ e S ( em vez de T e S) e as isopícnicas potenciais, sigma-θ em vez
de sigma-T, a análise da estabilidade é mais perfeita, porque estamos a corrigir o
resultado do efeito do aquecimento devido à compressão adiabática. Ainda assim
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, T-S e θ-S são amplamente utilizados.
A estabilidade é tanto maior quanto maior for o ângulo entre a curva θ-S.
Outra utilização dos diagramas T-S está no controlo de uma estação oceanográfica, pois
qualquer ponto que esteja muito fora da curva T-S da região em estudo está
provavelmente errado e deve ser rejeitado.
Também se utilizam os diagramas T-S para obter valores interpolados a partir de dados
observados.
Æ Massas de Água do Oceano Mundial:
Intermédias
100 – 900m
100 – 300m
600 – 800 até 1200m
Profundas e de fundo
Abaixo dos 1200m
Centrais
Atlântico Norte
Pacífico Norte
Mediterrâneo
Atlântico:
Funda→H.Sul
Profunda→H.Norte
Formam-se nas regiões de convergência
subtropical (≈40ºN e S)
Formam-se em latitudes elevadas de ambos
hemisférios e depois circulam para o
hemisfério oposto.