8 AULAS 18 a 20 Oceanografia fisica propriedades fisicas da agua do mar, propagacao do som e da luz

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

PROFESSORA: 
Oc. MSc. Taiana Guimarães Araujo 
taianagaraujo@gmail.com 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA FÍSICA: 
 Propriedades físicas da água do mar (distribuição horizontal e 
vertical da temperatura, densidade e pressão); 
 Propagação da luz e do som na água do mar; 
 Massas d’água e curva T –S; 
 Correntes oceânicas; 
 Ressurgência; 
 Ondas e marés; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Física. 
Propriedades físicas da água do mar 
 Em primeiro lugar é importante destacar que nos oceanos as águas 
superficiais são, em geral, a exceção, possuindo características 
específicas e bastante variáveis, diferentes das águas profundas que 
representam 80% das águas oceânicas e costumam ser bastante uniformes; 
 
 Isso ocorre porque as águas superficiais estão na interface de dois (ou 3 se 
forem águas costeiras) grandes sistemas do planeta, sendo influenciadas 
por forçantes, energias e interferências de ambos; 
 
 As principais propriedades físicas da água do mar são: 
 SALINIDADE; 
 TEMPERATURA; 
 DENSIDADE; 
 PRESSÃO HIDROSTÁTICA. 
 
 
Salinidade 
 Distribuição horizontal  já vimos que as variações horizontais na salinidade 
da superfície dos oceanos dependem inteiramente do balanço entre 
precipitação pluviométrica e evaporação e, no caso de mares costeiros, do 
aporte de água doce dos rios; 
 
 Assim, a salinidade é alta onde a evaporação (E) supera a precipitação (P)  E > 
P, tendo o seu máximo na região sub-equatorial (ventos alísios) e baixa na 
situação inversa  E < P, como nas regiões equatorial e de latitude média: 
 
Salinidade 
 Distribuição vertical  verticalmente 
a salinidade tende a variar pouco por ser 
uma propriedade conservativa, mas em 
situações de baixa salinidade na 
superfície, como é o caso de regiões com 
alta precipitação ou mares costeiros sob 
influência de aportes fluviais, pode 
haver a formação de uma estratificação 
salina; 
 
 Forma-se então uma HALOCLINA, 
zona de rápido aumento da salinidade 
com a profundidade. Abaixo desta 
camada a salinidade das águas aumenta 
lentamente até o fundo (relação com a 
densidade). 
 
Temperatura 
 Diferentemente da salinidade (propriedade conservativa), a temperatura da 
água do mar varia bastante nos oceanos, tanto horizontal quanto 
verticalmente na coluna d’água, sendo uma das variável mais básicas e 
indispensáveis em oceanografia, visto que influencia tanto os organismos 
vivos marinhos, quanto os processos físicos oceânicos, como as correntes; 
 
 Para muitos propósitos a salinidade e a temperatura devem ser medidas 
juntas  um exemplo é o fato de a salinidade afetar as temperaturas de 
condensação e congelamento da água; 
 
 Além disso, os dois parâmetros juntos definem a densidade de uma massa 
de água, sendo portanto utilizados para a identificação de massas d’água e 
de sistemas de correntes; 
 
Temperatura 
 Distribuição horizontal  
dentre outros fatores a 
temperatura superficial dos 
oceanos está relacionada 
com a latitude; o equador e 
as baixas latitudes recebem 
mais calor por unidade de 
área do que os polos e as 
altas latitudes; 
 Por isso pode-se dizer que na superfície a distribuição da temperatura é 
zonal, ou seja, formam-se isotermas (isolinhas de mesma temperatura) 
segundo a latitude; 
 
 A grosso modo, pode-se dizer que a temperatura superficial dos oceanos 
altera-se em 0,5°C para cada grau de latitude percorrido; 
 
Temperatura 
 Distribuição 
horizontal  
variação zonal (em 
função da latitude) e 
isotermas em agosto 
(a) durante o 
inverno do H.S. e em 
fevereiro (b) durante 
o verão do H.S. 
a 
b 
Temperatura 
 Distribuição vertical  também vai depender de certo modo da latitude: 
 
 Em baixas e médias latitudes (regiões equatorial e tropical, 
respectivamente) a T °C geralmente decresce com a profundidade, deviso ao 
aquecimento da superfície oceânica, criando-se uma estrutura de 3 
camadas térmicas na coluna d’água; 
 
 
 Já em altas latitudes (acima de 50°), a 
temperatura da água se mantém 
relativamente uniforme ao longo de toda a 
coluna d’água, não havendo formação de 
diferentes zonas térmicas, uma vez que, 
durante o inverno, grande parte da 
superfície é recoberta por gelo (isolante 
térmico) e durante o verão a pouca radiação 
incidente não causa grandes variações na 
temperatura do ar e da água superficial. 
 
Temperatura 
 Distribuição vertical da temperatura em diferentes latitudes 
 
Temperatura 
 Distribuição vertical da temperatura em diferentes latitudes 
 
Temperatura 
 As três camadas térmicas encontradas na coluna d’água de regiões 
equatoriais e tropicais: 
 a Camada de Mistura: 
 a Termoclina (principal) e a Termoclina (sazonal): 
 a Camada de Fundo: 
Temperatura 
 As três camadas térmicas encontradas na coluna d’água de regiões 
equatoriais e tropicais: 
 a Camada de Mistura: camada superficial isotérmica (i.e. de igual T °C) 
que se estende até cerca de 500 m de profundidade onde ainda há intensa 
transferência do calor fornecido pelo sol; 
Temperatura 
 As três camadas térmicas encontradas na coluna d’água de regiões 
equatoriais e tropicais: 
 a Termoclina (principal): camada que varia de 500 a 1000 m de espessura e 
separa a camada superficial ainda aquecida pelo sol das águas oceânica 
profundas e frias. Nesta camada, a temperatura diminui abruptamente com 
a profundidade, causando grande diferença de densidade entre as massas de 
água logo acima e logo abaixo dela. Assim, a presença da termoclina impede 
a circulação vertical da água, praticamente isolando as águas superficiais das 
águas profundas. 
 Termoclina (sazonal): pode se formar próxima à camada de mistura nos 
meses mais quentes ano e também impedindo a circulação vertical; 
Temperatura 
 As três camadas térmicas encontradas na coluna d’água de regiões 
equatoriais e tropicais: 
 a Camada de Fundo: camada abaixo da termoclina que vai até o assoalho 
oceânico. Apresenta lenta diminuição da temperatura , a qual alcança 
valores entre -1 e 3°C abaixo dos 4.000 m. 
Densidade 
 É a principal propriedade física da água do mar, apesar de ser uma 
propriedade secundária, já que é resultado da associação de 3 outras 
propriedades: salinidade, temperatura e pressão (esta última sendo 
também dependente das duas anteriores e da profundidade); 
 A densidade é o principal parâmetro da água do mar, uma vez 
que controla vários processos (físicos, químicos e biológicos) 
fundamentais no oceano: 
 Propagação de ondas internas (inclusive das ondas luminosas e sonoras) 
/ turbulências e misturas na coluna d’água; 
 Transferência de calor / transporte de sedimentos; 
 Concentração de plâncton / locomoção de espécies marinhas; 
 Etc... 
Densidade 
 
 Em geral, para se 
aumentar a densidade 
da água do mar, basta 
aumentar a salinidade 
ou diminuir a 
temperatura, sendo 
que este último 
parâmetro o mais 
influente; 
 
 
Densidade 
 Como sabemos, a densidade refere-se à razão entre a massa e o volume ocupada 
por uma dada substância, sendo normalmente medida em g/cm3; 
 No caso da água do mar, a densidade é designada pela letra grega ρ (rho) e varia 
entre 1,020 e 1,030 g/cm3, indicando que 1 L de água do mar pesa entre 2% e 3% 
mais que 1 L de água pura (1,0 g/cm3), numa mesma temperatura; 
 Como pequenas variações nos valores de densidade podem acarretar grandes 
movimentos verticais de água, a medida deste parâmetro costuma ser feita até a 
5ª casa decimal. Assim, para facilitar a utilização desses valores, convencionou-
se utiliza o termo Sigma-t (σt) para expressar a densidade das massas de água
marinhas, o qual é obtido subtraindo-se a densidade da água pura (1 g/cm3) da 
densidade da água do mar e multiplicando o resultado por 1.000: 
Ex: para uma ρ = 1,02641 g/cm3 , temos σt = (1,02641 – 1) x 1000 
 σt = 26,41 
 
Densidade 
 Seguindo os padrões de distribuição vertical da temperatura e salinidade, 
pode-se intuir que quando a TERMOCLINA coincide com a HALOCLINA 
forma-se então uma camada de abrupta mudança de densidade, a qual é 
conhecida como PICNOCLINA; 
 
Densidade 
 Distribuição vertical da densidade em diferentes latitudes 
 
Pressão hidrostática 
 Esta propriedade é função do peso da coluna d’água, portanto da densidade 
da água e da profundidade, sendo este último parâmetro muito mais 
importante que o primeiro na determinaçã0 da pressão em determinado 
local; 
 
 Ao nível do mar temos uma pressão de 1 atmosfera (atm), referente ao 
“peso” dos cerca de 100 km de atmosfera acima. 
 
 Na água do mar, a pressão hidrostática aumenta 1 atm a cada 10 m de 
profundidade, de modo que a pressão encontrada nas Fossas das 
Marianas, que estão a cerca de 11 km de profundidade, gira em torno dos 
1.200 atm, que significa um peso de 1,2 toneladas por centímetro quadrado; 
 
 
Pressão hidrostática 
 As altas pressões encontradas em regiões oceânicas profundas exercem 
grandes enfeito sobre: 
 os seres vivos (órgãos, reprodução celular, trocas gasosas) que ali habitam e que 
precisam se adaptar a esta condição extrema; 
 o próprio volume dos oceanos, mesmo a água apresentando baixa 
compressibilidade caso contrário o mar estaria mais ou menos 37 m acima do 
nível atual; 
 e além disso, sob altas pressões, objetos que normalmente flutuariam na 
superfície, como pedaços de madeira por exemplo, tendem a se tornar mais 
pesados que a água devido á expulsão dos gases que antes ficavam entre as suas 
estruturas, permanecendo assim no fundo. 
 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA FÍSICA: 
 Propriedades físicas da água do mar (distribuição horizontal e vertical); 
 Propagação da luz e do som na água do mar; 
 Massas d’água e curva T –S; 
 Correntes oceânicas; 
 Ressurgência; 
 Ondas e marés; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Física. 
Propagação do som e da luz 
 Antes de mais nada é importante ficar claro que a luz e o som são fenômenos 
ondulatórios; 
 
 Quando uma onda de luz ou de som deixa um meio de determinada densidade 
– tal como o ar – e entre em outro meio de densidade diferente – como a água – 
com um ângulo diferente do de 90°, ela será desviada da sua direção original de 
propagação  refração; 
 
 Caso esse processo ocorra em um ângulo reto (90°), o que será alterada será a 
velocidade de propagação e não mais a sua direção. A razão de ambos os 
fenômenos é que as ondas viajam com velocidades diferentes em meios 
distintos: 
 No caso da LUZ  a velocidade de propagação diminui quando esta atravessa para 
meios mais densos; 
 No caso do SOM  a velocidade de propagação aumenta quando este atravessa para 
meios mais densos. 
 
Refração 
da luz 
Refração da luz 
Refração da luz 
 Algumas das consequência do fenômenos de refração das ondas 
luminosas são descritas a seguir: 
 
 objetos totalmente imersos parecem 
maiores do que realmente são; 
 
 
 
 
 
 
 
 objetos parcialmente imersos parecem descontínuos; 
 
Refração da luz 
 
 objetos totalmente imersos parecem mais próximos ou em posições 
diferentes das que realmente estão; 
Luz nos oceanos 
 Antes de atingir e penetrar o oceano a luz solar atravessa vários obstáculos: as 
nuvens e a superfície oceânica a refletem enquanto os gases e as partículas 
atmosféricas a espalham e absorvem; 
 
 Aqui é importante diferenciarmos os processos de espalhamento/difusão e 
absorção: 
 Espalhamento ou difusão: é a distribuição da luz entre as moléculas de ar, água, 
partículas ou outros objetos antes de ser absorvida; 
 Absorção: quando a luz é absorvida pela água, suas moléculas vibram e a energia 
luminosa é convertida em calor; 
 
 A depender do comprimento da onda luminosa (i.e. da cor), esse processo de 
absorção da energia luminosa e conversão em calor (energia térmica) acontece 
mais próximo ou mais distante da superfície 
Luz nos oceanos 
 Assim, a luz pode passar 
por 4 processos ao 
alcançar a água do mar: 
 Reflexão; 
 Refração; 
 Difusão ou 
espalhamento; 
 Absorção ( que ocorre de 
forma diferente para 
cada comprimento de 
onda) 
Luz nos oceanos 
 O primeiro metro dos 
oceanos absorve 
praticamente toda a 
radiação infravermelha 
e pouco mais de 70% 
da luz vermelha que 
atingem a superfície, 
comprimentos que 
contribuem 
significativamente para 
o aquecimento desta 
camada superficial; 
 
Luz nos oceanos 
Som nos oceanos 
 Tal como a luz, o som consiste e viaja em ondas. 
 Contudo enquanto as ondas de luz são eletro- 
 magnéticas, as ondas de som são acústicas, que é uma forma de energia 
mecânica; 
 
 A energia electromagnética pode existir e se propagar sem a existência de 
matéria, ao contrário do som (e de outras energias mecânicas) que só existe 
na presença de matéria; 
 
 O som resulta da ação (vibração) de um objeto, colocando em movimento uma 
onda ou um conjunto de ondas acústicas no meio em que está presente, sendo 
que esta onda pode continuar a viajar em outro meio; 
 
 Em outras palavras, o som é uma forma de energia transmitida por meio de 
rápidas alterações de pressão em um meio elástico. 
 
 
Som nos oceanos 
 Pelo motivo anteriormente citado e ao contrário da luz, o som viaja melhor em 
ambientes densos, como sólidos e líquidos. No caso da propagação do som na 
água, deve-se levar em conta também a sua elasticidade. Assim, quanto mais 
denso e elástico for o meio, mais eficiente será a transmissão das ondas 
sonoras; 
 
 Por ser um meio mais denso e mais elástico 
do que o ar, observa-se no meio aquático 
um aumento da velocidade de 
propagação/transmissão do som. 
 
 Assim, as ondas sonoras viajam distâncias 
muito mais longas na água do que as ondas 
luminosas e é justamente por este motivo 
que muitos animais marinhos usam o 
som, e não a luz, para “ver” nos oceanos; 
Som nos oceanos 
CURIOSIDADES 
 
 Devido ao aumento da velocidade do som na água, 
 consegue-se ouvir a maiores distâncias quando se 
 está submerso do que na superfície. Contudo a 
 velocidade do som debaixo d’água torna difícil 
 discernir a direção de onde o som vem. O cérebro 
 determina a direção do som interpretando a diferença entre o momento 
 em que o som atinge cada ouvido e a intensidade relativa, mas este 
 mecanismo está baseado no som ao ar livre e não na água. Debaixo de água, 
 devido a alta velocidade do som os dois ouvidos percebem o som ao mesmo 
 tempo e com a mesma intensidade, dificultando a determinação de sua 
 direção; 
 
Som nos oceanos 
 No entanto, o som também sofre absorção (além de outros processos) na água e 
essa absorção é proporcional ao quadrado da frequência do som  maiores 
frequências (de ondas) sonoras são absorvidas mais rapidamente 
(diferentemente do que acontece com as ondas luminosas!!!) 
 
 
 A velocidade do som em uma água de 
 salinidade 35‰ (ppt = partes por mil) 
 é aproximadamente 1.500 m/s, quase 
 5x mais do que sua velocidade no ar; 
 
Som nos oceanos 
 A velocidade do som (Vs) na água do mar é diretamente 
proporcional à temperatura, à salinidade e à pressão. Assim 
sendo, temos as seguintes relações: 
 se a temperatura aumenta (mesmo diminuindo a densidade da
água) a velocidade de propagação do som também aumenta  o 
aumento de 1°C na temperatura da água aumenta Vs em 4m/s; 
 se a salinidade aumenta, velocidade do som também aumenta 
 o aumento de 1 unidade de salinidade aumenta n em 1,5 m/s; 
 se a pressão aumenta, a velocidade do som também aumenta  
o aumento de 100m de profundidade (i.e, um aumento de 10 atm) 
aumenta Vs em 1,8 m/s. 
 
Som nos oceanos  O som se propaga rapidamente nas águas rasas e quentes. Na camada de 
mistura, onde as características da 
água são muito homogêneas Vs 
aumenta com a profundidade devido 
apenas ao efeito da pressão; 
 Abaixo da camada de mistura Vs 
começa a decrescer com a profundi-
dade em função da diminuição da 
T°C, eventualmente atingindo um 
mínimo a cerca de 1000 m de 
profundidade (termoclina principal); 
 Abaixo dessa camada Vs aumenta 
novamente, pois o efeito da pressão 
compensa o da baixa temperatura, já 
que tanto a temperatura quanto a 
salinidade permanecem praticamente 
constantes enquanto a pressão 
aumenta até o fundo. 
 
Som nos oceanos 
CAMADA ou CANAL SOFAR (sound fixing and ranging) 
 Esta camada compreende a profundidade na qual a velocidade do som 
atinge seu mínimo e onde se costuma fazer a transmissão do som, visto 
que a refração ocorrida quando as ondas sonoras atravessam para as 
camadas adjacentes (de maior velocidade de propagação) tende a manter 
a energia sonora dentro desta camada; 
 Em outras palavras, as ondas sonoras tendem a ser “redirecionadas” para 
a camada de menor velocidade (“camada sofar”), permanecendo nessa 
zona. Assim, apesar de apresentar menor velocidade de propagação, o 
som atinge distância ainda maiores quando transmitido nessa camada  
“devagar ele vai longe” !!! 
Som nos oceanos 
CAMADA ou CANAL SOFAR (sound fixing and ranging) 
Som nos oceanos 
SONAR (sound navigation and ranging) 
 
 O som é importante ferramenta para o oceanógrafo, sendo utilizado para 
medições de profundidade, observações da espessura e características da 
crosta, detecção de objetos, telemetria, localização de cardumes de peixes, 
entre outros usos 
 
 Para todos esses usos utiliza-se 
o SONAR  projeção e 
recepção do eco (retorno) 
através da água de pulsos 
sonoros curtos de alta 
frequência. Equipamento 
também conhecido como 
ECOSONDA; 
 
 
Som nos 
oceanos 
Detecção de cardumes 
Detecção de naufrágios ou 
equipamentos perdidos 
Avaliação das características 
do fundo e da crosta 
Som nos oceanos 
 Zona de sombra 
OBRIGADA e 
BOA 
TARDE !!!