Por Juliana Leonel
Os dados de salinidade e temperatura do mar servem, entre outras coisas, para identificar as massas de água, como já falamos no texto sobre CTD. Mas o que são massas de água?
O conceito de massas de água veio da meteorologia, onde surgiu o conceito de massas de ar. No oceano, elas são parcelas de água do mar com origem conhecida e com parâmetros físico-químicos (valores de salinidade, temperatura, nível de oxigênio, etc) característicos, como se fosse uma assinatura.
As massas de água têm densidades distintas e, por isso, não se misturam (facilmente). Isso faz com que a coluna de água dos oceanos não seja homogênea, mas sim estratificada em camadas: superficiais (0 - 500 m), intermediárias (500 - 1500 m), profundas/de fundo (> 1500 m). É como se as massas de água fossem os blocos a partir dos quais a estratificação oceânica é construída.
A temperatura de uma determinada massa de água é em função da temperatura do ar no momento de sua formação. Isso se aplica até mesmo para as camadas de águas abaixo das superficiais e até já distantes de sua região de formação, suas características foram adquiridas quando estiveram em contato com a atmosfera. Por exemplo, quando formada em regiões polares, uma massa de água terá temperaturas muito baixas devido à perda de calor para a atmosfera. Essa perda de calor, também resulta em águas com maior capacidade de absorver oxigênio (lembre-se: a dissolução dos gases aumenta com a diminuição da temperatura e vice-versa). Essas e outras características das massas de água se preservam mesmo depois que elas afundam, se distanciam das suas regiões de origem e ficam até centenas de anos sem ter contato novamente com a atmosfera.
É importante enfatizar que massa de água não é a mesma coisa que corrente oceânica. Na verdade, as correntes são as responsáveis pelo transporte das massas de água.
Distribuição das principais massas de água ao longo da América do Sul (norte das Malvinas até a Guiana Francesa) com base nos dados de oxigênio dissolvido coletados pelo World Ocean Circulation Experiment (WOCE - A017) via Juliana L. com CC SA-BY 4.0. Siglas: ACAS - Água Central do Atlântico Sul, APAN - Água Profunda do Atlântico Norte, AFA - Água de Fundo Antártica, AIA - Água Intermediaria Antártica, UCDW - Água Profunda Circumpolar Superior, LCDW - Água Profunda Circumpolar Inferior.
Como se originam as massas de água?
As massas de água se formam em regiões distintas dos oceanos (nos pólos ou nos subtrópicos, por exemplo) e mantém as características dessas regiões. Tanto a formação como a circulação dessas massas de águas são guiadas por diferenças na densidade devido a mudanças na temperatura e salinidade.
Entre todas as massas de água há duas que têm uma importância especial por serem responsáveis pela oxigenação das águas profundas dos oceanos: a água profunda do Atlântico Norte (APAN) e a água de fundo Antártica (AFA). Sem elas, a existência de organismos aeróbicos em zonas profundas dos oceanos, não seria possível. Além disso, são massas de água chaves na manutenção do clima do nosso planeta.
A APAN e a AFA são formadas pelo processo de convecção (afundamento da água da camada de mistura devido ao aumento da densidade) em regiões polares onde a coluna de água é pouco estratificada (ou seja, as águas aqui são bem homogêneas). Enquanto que a formação de águas centrais, tais como a Água Central do Atlântico Sul (ACAS), ocorrem por subducção em regiões subtropicais; a subducção consiste no bombeamento para baixo da água do fundo da camada de mistura, através da convergência formada pelo transporte de Ekman. Isso faz com que a água afunde ao longo das linhas de densidade.
Curiosidade: Já tomou banho de mar em Cabo Frio? Achou a água congelante apesar de estar nos trópicos? A ressurgência da ACAS é a responsável pelas baixas temperaturas da água nesta região.
Processo de afundamento da água da camada de mistura
via Bate-Papo com Netuno com com CC SA-BY 4.0.
Como são formadas a APAN e a AFA?
A formação APAN ocorre na região do oceano que lhe dá o nome, mais precisamente no Mar de Labrador. Quando as águas superficiais fluem para o norte, devido à evaporação, elas se tornam mais salgadas e quando chegam no norte do Atlântico Norte ficam mais frias. O aumento da salinidade e a diminuição da temperatura resulta no aumento da densidade dessa água, que afunda. A baixa temperatura dessas águas também favorece a solubilização de gases que, antes de afundarem e quando ainda estão em contato com atmosfera, acabam com uma maior quantidade de oxigênio dissolvido. Assim, a APAN é uma massa de água rica em oxigênio.
A AFA é a massa de água mais densa e fria do oceano, com temperaturas até mesmo negativas. Ela é formada no Mar de Weddell e no Mar de Ross, localizadas na Antártica. Quando o vento oriundo do continente Antártico sopra na superfície do oceano, ele afasta parte do gelo superficial da costa, formando estruturas chamadas de polínias. A água superficial nas polínias é bem salgada, porque quando a água congela ela expele o sal, além de muito fria (no limite do congelamento). Consequentemente, ela é também bem densa e acaba afundando na plataforma continental e escoando pelo talude até alcançar o assoalho oceânico.
Curiosidade: O termo polínia é emprestado da palavra russa полынья que se refere a buraco natural no gelo; ela foi adotada por explorados polares no século XIX para descrever partes navegáveis do mar. O primeiro registro de uso da palavra é de 1852.
Polínias no Mar de Ross via Wikimedia com CC BY 2.0
Como é feita a identificação das massas de água?
A técnica tradicional de identificação de massas de água usa parâmetros conservativos, ou seja, aqueles que não têm seus valores alterados por atividades biológicas, como temperatura potencial¹ e salinidade. Eles são representados em um diagrama T-S (Temperatura-Salinidade), método apresentado em 1916 por Helland-Hansen. O diagrama T-S é uma representação gráfica dos valores de temperatura potencial e salinidade, onde a temperatura é representada no eixo y e a salinidade no eixo x. Os valores são comparados com aqueles pré-estabelecidos e consolidados em estudos anteriores para cada massa de água. Cada ponto no gráfico corresponde a uma determinada densidade da água. Como uma mesma densidade pode ser obtida a partir de distintas combinações de temperatura e salinidade também é possível desenhar isolinhas (ou seja, linhas de mesmo valor) de densidade potencial² no diagrama T-S.
Um método mais acurado para identificar massas de água é a análise multiparamétrica (ou seja, com o uso de medições de vários parâmetros) que, além dos parâmetros conservativos, usa alguns não-conservativos (oxigênio dissolvido e nutrientes inorgânicos - silicato, fosfato e nitrato). Nesse método, além do diagrama T-S, é possível plotar outros diagramas, como o T-O (temperatura-oxigênio) e S-O (salinidade-oxigênio), por exemplo.
Representação de um diagrama T-S com linhas de densidade ao fundo; as cores representam valores de oxigênio dissolvido via via Juliana L. com CC SA-BY 4.0. Siglas: ACAS - Água Central do Atlântico Sul, APAN - Água Profunda do Atlântico Norte, AFA - Água de Fundo Antártica, AIA - Água Intermediaria Antártica, UCDW - Água Profunda Circumpolar Superior, LCDW - Água Profunda Circumpolar Inferior.
As massas de água são responsáveis por distribuírem calor, sal, nutrientes e oxigênio pelas bacias oceânicas. No entanto, elas também transportam contaminantes e por isso, alguns podem ser encontrados em regiões bem afastadas de suas áreas de produção e uso. Nosso oceano é formado por muitas águas, mas todas estão conectadas.
¹A temperatura potencial é a temperatura de uma parcela de água sem o efeito da pressão da coluna d’água sobre ela, ou seja, aquela que qualquer parcela de água teria se fosse levada até a superfície dos oceanos de forma adiabática (sem troca de calor).
²Densidade potencial é a densidade de uma parcela de água calculada a partir da salinidade, da temperatura potencial e da pressão em um determinado nível de referência na coluna de água.