E2 Estratificação e flutuabilidade

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A estratificação é a organização vertical do oceano em camadas de densidade variável, uma organização que resiste à mistura vertical da água e, ao mesmo tempo, canaliza o fluxo horizontal ao longo dessas mesmas camadas. A densidade da água do mar depende de três fatores: temperatura, que é dominante em baixas e médias latitudes; salinidade, que é dominante nas regiões polares; e pressão. Essa dependência combinada é descrita pela Equação Termodinâmica Internacional da Água do Mar, o que significa que a temperatura, a salinidade e a pressão, por si só, são suficientes para prever a densidade da água em qualquer ponto do oceano.

Dentro dessa estratificação, a picnoclina é a zona de transição onde o gradiente de densidade é mais forte, localizada aproximadamente entre 200 e 1.000 metros de profundidade. É precisamente esse gradiente acentuado que separa claramente as águas superficiais quentes das águas frias e densas das profundezas.

A frequência de Brunt-Väisälä descreve a rapidez com que uma porção de água oscila quando algo a desloca verticalmente de sua posição de equilíbrio, e seu sinal revela diretamente o estado de estratificação naquele ponto: quando essa frequência é positiva, a estratificação é estaticamente estável e a porção retorna à sua posição original; quando é exatamente zero, a estratificação é neutra; e quando se torna negativa, a estratificação é convectivamente instável, e é essa instabilidade que faz com que a porção, em vez de retornar, acelere, afastando-se ainda mais de sua posição inicial.

Essa mesma instabilidade convectiva é o que, na prática, produz a convecção oceânica profunda que ocorre todos os invernos no Atlântico Norte e no Mar Mediterrâneo: quando a perda de calor na superfície é intensa o suficiente, a densidade da água superficial aumenta até exceder a das águas profundas abaixo dela, e é essa interação de densidades que faz com que a água superficial, agora mais densa, afunde diretamente até o fundo em vez de permanecer flutuando na picnoclina.

A água que afunda dessa forma, juntamente com a que se forma em outras regiões específicas do oceano, dá origem às águas-marinhas: massas de água com uma combinação característica de temperatura e salinidade que se conservam razoavelmente bem enquanto não se misturam com a água circundante. A Água de Fundo Antártica se forma na própria Antártica, a Água Profunda do Atlântico Norte se forma no Atlântico Norte — a mesma região onde ocorre a convecção profunda descrita anteriormente — e a Água Intermediária Antártica se forma na frente polar antártica. Cada uma dessas massas de água retém sua própria combinação de temperatura e salinidade durante grande parte de sua jornada pelo oceano profundo, o que possibilita reconhecê-las mesmo longe de suas origens.

É precisamente essa conservação de propriedades que há muito tempo faz dos diagramas de temperatura e salinidade o método clássico pelo qual a oceanografia física mapeia as rotas da circulação profunda: basta reconhecer a combinação característica de temperatura e salinidade de cada massa de água para rastreá-la, camada por camada, à medida que se desloca para longe de sua região de origem. Assim, desde a densidade que organiza a estratificação até as massas de água que essa mesma estratificação acaba produzindo, o oceano profundo guarda, em sua própria estrutura vertical, a memória de onde e quando cada uma de suas águas foi formada.

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