Tanto a atmosfera como o oceano são fluídos em movimento turbulento, e por isso obedecem as mesmas leis físicas. A Flinders University (Sul da Austrália) reconhece isso, e apresenta a meteorologia e a oceanografia de maneira unificada, dentro do assunto Ciências Marinhas 1 .
As anotações a seguir correspondem grosseiramente ao conteúdo de oceanografia física em Ciências Marinhas 1.
Uma variedade de livros-texto oferecem conteúdos em oceanografia física a um nível introdutório. A maioria deles, contém uma descrição de todos os aspectos das ciências marinhas (i.e., incluindo biologia marinha, geologia e química), e será uma referência útil em oceanografia física.
Os livros-texto que cobrem apenas oceanografia física são em geral bem mais detalhados do que necessário em um curso introdutório, mas os alunos com interesse particular em alguns aspectos da oceanografia física no contexto das ciências da terra são encorajados a consultá-los como referências adicionais. Uma lista dos livros disponíveis na biblioteca da Universidade de Flinders podem ser encontrados aqui.
Figura : a estrutura das Ciências da Terra e das Ciências Marinhas (Estrutura B).
As características comuns das ciências da Terra são que elas estudam componentes do planeta Terra e tentam compreender como eles funcionam, i.e., como as leis da física e da química atuam para moldar a Terra da forma que ela é hoje, e como ela foi no passado. Em contraste com as outras ciências (como a física, química e biologia), as ciências da Terra só raramente podem investigar problemas usando experimentos com condições controladas. Sua função é coletar dados de campo e interpretá-los da melhor maneira possível.O segundo modelo agrupa a oceanografia física com todas as outras disciplinas de ciência marinha:
Figura: a estrutura das Ciências da Terra e da Ciências Marinhas (Estrutura A).
As características comuns das Ciências do Mar são os usos de ferramentas especiais de pesquisa para estudar os oceanos, como por exemplo navios de pesquisa, submersíveis, fundeios e bóias de deriva. Algumas das Ciências do Mar ainda se valem do sucesso e progresso de outras disciplinas da ciência do mar. Por exemplo, a biologia marinha com freqüência precisa de informações sobre o ambiente físico; a oceanografia física não teria o conhecimento detalhado da circulação do fundo do mar que possui hoje, sem o constante progresso da tecnologia.A oceanografia física, sozinha, pode ser dividida em tres linhas principais de pesquisa :
Figura: estrutura da oceanografia física.
Na Flinders University, todos os aspectos da oceanografia física podem ser estudados numa variedade de maneiras, dependendo dos interesses dos alunos e de seus pontos fortes.
O oceano é um fluído em movimento turbulento, i.e., ele é caracterizado pela presença de vórtices turbulentos, que possuem velocidades muitas vezes maiores do que aquelas dos movimentos médios no oceano. Como a atmosfera é também um fluído em movimento turbulento, podemos esperar que os dois meios mostrem comportamentos similares, e que também sejam governados pelo mesmo balanço de forças. Já que esperamos que os objetos de estudo tanto da oceanografia como da meteorologia sejam parecidos, seria vantajoso estudar os dois assuntos simultaneamente. Para demostrar as similaridades, a Figura 1.1 e a Figura 1.2 mostram exemplos de vórtices na atmosfera e no oceano, respectivamente.
É importante notar as diferenças em escala: Vórtices na atmosfera tem um diâmetro típico de 2000 km, enquanto nos oceanos os vórtices tem em geral uma escala de 200 km.
Uma seqüência de imagens coletadas por um satélite meteorológico, ou resultados de um modelo de circulação oceânica, mostraria que as escalas de tempo na atmosfera e no oceano são também diferentes: Em uma dada região, vórtices na atmosfera passam numa taxa de aproximadamente um vórtice a cada 5 ou 7 dias (sentidas por nós como as chamadas passagens de frentes frias), enquanto nos oceanos, o movimento dos vórtices é mais lento, e eles levam de 50 a 70 dias para passar numa determinada área.
Alguns dos objetivos da oceanografia são: ter uma compreensão da circulação oceânica e da distribuição de calor nos oceanos, entender como os oceanos interagem com a atmosfera, e qual é o papel do oceano em manter o nosso clima.
Projeções
Uma ferramenta importante para a oceanografia (assim como para todas as outras ciências da Terra) é o atlas. As pessoas estão bastante habituadas a olhar itens de seu interesse em atlas, mas poucas desconfiam da importância que tem uma correta escolha de projeções que usadas em seus mapas.
Uma projeção comumente usada em oceanografia física é a chamada projeção de Mercator. Ela foi desenvolvida no século 16, no período das explorações coloniais e das viagens de exploração. Colombo tinha descoberto a América e os navios de Magellan tinham circulado o globo. Um problema que esses marinheiros enfrentavam era a incerteza relacionada com a navegação distante da costa. No século 16, um navegador viajou entre dois pontos seguindo uma linha de rota (em inglês rhumb line : uma linha com uma leitura constante em uma bússola), porque era a coisa mais prática a se fazer. Mercator desenvolveu uma projeção (e que leva o seu nome) que mostrava a superfície da Terra de tal forma que uma linha reta no plano resultante seria sempre e em toda parte uma linha de rota. Desta forma, um marinheiro com o conhecimento da posição inicial poderia traçar uma linha reta no mapa com a projeção Mercator para o seu destino, e ler o rumo (em inglês: bearing) corretamente.
Como resultado, a projeção de Mercator se tornou a projeção padrão para a navegação. Ela, todavia, não é uma projeção equidistante ou de igual área, e portanto não é muito prática para mapear áreas grandes. Essa projeção não gera mapas conformes, i.e. pequenos círculos com a mesma área no mapa, representam áreas totais bem maiores em direção aos polos que em menores latitudes. Os pólos não podem ser mostrados em projeção Mercator porque as distâncias próximas aos mesmos tendem ao infinito. Por lógica, a representação gráfica de um superfície curva em um plano sempre vai gerar alguns "encolhimentos" ou "esticamentos"; resultando em distorções, e até mesmo algumas interupções da superfície. Nenhuma das projeções existentes em mapas satisfaz as 3 propriedades desejadas:
Os três critérios são básicos, mas infelizmente mutualmente exclusivos. Todas as outras propriedades são secundárias. A maioria das projeções que tem a propriedade de ser fiel a área consegue isso usando uma grade de longitude curva, e assim, para a determinação de coordenadas geográficas, elas necessitam que sobre o mapa seja desenhada esta grade (Figura 1.3). A projeção de Gall/Peters, que foi desenvolvida por Gall em1855 and redescoberta independentemente por Peters nos anos 70, combinou a fidelidade com a área e uma grade retangular para a latitude e longitude. Ela é ideal para mapear grandes regiões oceânicas.
Feições topográficas dos oceanos
A altura da superfície daTerra varia desde 8848 metros (Monte Everest) até a profundidade de 11022 metros (Vitiaz nas fossas das Marianas, no Pacífico Norte ocidental). Numa escala de tempo geológica, a posição da linha de costa depende da quantidade total de água disponível, que é principalmente determinada pela quantidade de gelo e neve confinada na Antártica e no oceano Ártico, e também depende em algum grau da temperatura da água nos oceanos (a agua expande quando a agua é aquecida, e desta forma o nível do mar tende a subir quando o clima aquece). A distribuição atual entre a terra e a água, que tem ramificações importantes no clima, é que a área coberta por água aumenta continuamente entre 70°N to 60°S:
Cobertura de água na terra: hemisfério norte 61%, hemisfério sul 81%, cobertura global 71%.
"hemisfério de terra " 53% (pólo localizado próximo ao rio Loire na França), "hemisfério de água" 89% (pólo localizado próximo a Nova Zelândia).
A distribuição atual entre a terra e a água e os vários níveis de profundidade está ilustrada na chamada curva hipsográfica (Figura 1.4).
Elevação média -2440 m; levação média de terra +840 m, nível médio do fundo dos oceanos -3795 m
Os principais oceanos estão estruturados como margens continentais, cadeias meso-oceânicas e as bacias oceânicas profundas ( Figura 1.5). Cada uma dessas feições estruturais ocupa cerca de um terço do fundo oceânico.
| feição topográfica | largura | profundidade | características |
| Margens continentais: | |||
| Plataforma continental | até 300 km de largura | 150-200 m de profundidade | |
| Talude | 20 - 100 km de largura | from 200 to 2000 m de profundidade | Frequentemente sulcados por canyons. Inclinação 1 em 40. |
| Elevação continental | até 300 km de largura | de 2000 a 5000 m de profundidade | Inclinação 1 em 700 a 1 em 1000 |
| Fossas | 600 to 11000 m de profundidade | Existem 26 fossas nos oceanos mundiais:
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| Bacias oceânicas | cerca de 5000 m de profundidade | ||
| Planícies Abissais | extremamente plano e preenchido por sedimentos | ||
| Montanhas Abissais | Elevações das planícies até 1000 m | ||
| Cadeias mesoceânicas: sistemas de montanhas interconexas | até 400 km de largura | Elevações que vão até 3000 - 1000 m | |
| Vale central das cadeias | 20 - 50 km de largura | cortes com 1000 - 3000 m de profundidade dentro do sistema de cadeias |
Escalas dos Gráficos
Note que a profundidade média dos oceanos é um pouco menor do que 4 km. Isso é bastante profundo. Mas, é mesmo? Se você usar um compasso com o lápis bem apontado e fizer um círculo com um raio de 15 cm representando a Terra, o traço do lápis, em escala, seria grosso o suficiente para representar a crosta terrestre abaixo dos continentes (30 km) mas muito espessa para representar a crosta oceânica (10 km). Irregularidades na linha desenhada seriam suficientes para representar a variação de relevo encontrada na terra sólida. Assim, os oceanos são na verdade um filme bem fino de fluído - se a Terra fosse uma bola de basquete, os oceanos seriam quase que apenas uma leve umidade sobre a mesma.
Por isso, não existe maneira de mostrar os oceanos numa escala que os represente de forma a conservar a aparências das extensões verticais e horizontais. Então, como podemos mapear propriedades dos oceanos como temperatura, salinidade ou correntes que variam consideravelmente com a profundidade? Comparadas com a extensão vertical dos oceanos, as distâncias horizontais são tão maiores, que a única maneira de produzirmos uma representação significativa dos dados é distorcer as escalas. Uma dada distância num diagrama representará centenas de vezes na horizontal do que é na vertical. Uma razão tipicamente usada é a de 500:1. Devemos ter isso em mente quando observamos seções oceanográficas.
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