E3 Turbulência e Mistura

Tópico

A mistura oceânica é o processo pelo qual propriedades como calor, sal e nutrientes se difundem, tanto vertical quanto horizontalmente, entre massas de água de diferentes densidades. É precisamente essa difusão de propriedades que impede que o oceano permaneça uma simples pilha de camadas isoladas, permitindo, em vez disso, a troca constante de calor, sal e nutrientes entre uma camada e a seguinte.

No oceano profundo, fora das camadas limite da superfície e do fundo, a mistura diápica — aquela que ocorre através das próprias superfícies de densidade — é extremamente fraca, com uma difusividade de apenas um centésimo milésimo de metro quadrado por segundo, mas é absolutamente crucial para sustentar a circulação termohalina global: sem essa mistura, por mais fraca que seja, o oceano profundo estagnaria. A principal fonte de energia para essa mistura no oceano profundo é a quebra de ondas de gravidade internas, geradas principalmente pelas marés, e é essa quebra que garante que, mesmo nas partes mais calmas do oceano profundo, alguma mistura ainda ocorra.

Na camada de mistura superficial, no entanto, a turbulência é muito mais intensa: sua difusividade atinge um centésimo de metro quadrado por segundo, mil vezes maior do que no oceano interior, e é impulsionada pela tensão exercida pelo vento na superfície, pela convecção produzida pela perda de calor da superfície e pelas próprias ondas. É essa combinação de três fatores de força distintos que faz com que a camada de mistura superficial se agite muito mais violentamente do que qualquer outra parte do oceano.

A dupla difusão é um mecanismo peculiar de mistura do oceano, no qual o calor e o sal se difundem a taxas muito diferentes — o calor se difunde quase cem vezes mais rápido do que o sal — e essa diferença nas taxas pode produzir convecção mesmo quando a densidade geral da água é estável. Os chamados dedos de sal são a manifestação mais conhecida dessa dupla difusão: eles ocorrem quando a água quente e salgada flutua sobre a água mais fria e menos salgada. É essa diferença nas taxas de difusão de calor e sal que faz com que esses filamentos finos e verticais de água se formem, afundando à medida que trocam calor e sal com a água pela qual passam. O esquema padrão usado pelos modelos oceânicos para calcular toda essa difusividade turbulenta vertical constrói um perfil que depende da profundidade, da estabilidade da estratificação e do forçamento da superfície. Esse perfil permite que um único modelo represente tanto a intensa mistura da camada superficial quanto a fraca mistura do interior com um esquema único e coerente. O comportamento esperado é que a mistura oceânica seja forte na camada de mistura superficial, fraca, mas nunca exatamente nula, no interior, e ainda mais intensa sobre a topografia mais acidentada do fundo do mar — as dorsais meso-oceânicas, os taludes continentais — onde as ondas de gravidade internas são geradas e se quebram mais facilmente do que sobre um fundo do mar liso.

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