E6 Mesoescala e Submesoescala

Tópico

A mesoescala oceânica, que abrange distâncias de dez a quinhentos quilômetros e escalas de tempo de semanas a meses, é dominada por vórtices que geram principalmente a instabilidade baroclínica e barotrópica das principais correntes oceânicas, como a Corrente do Golfo, a Corrente Circumpolar Antártica e a Corrente de Kuroshio. Esses vórtices transportam calor, sal, substâncias bioquímicas e momento de forma significativa por todos os oceanos do mundo, e é precisamente esse intenso transporte que faz com que a mesoescala concentre a maior parte da energia cinética do oceano — quase cem vezes mais do que a própria circulação média —, tornando o oceano fundamentalmente turbulento nessa escala.

A instabilidade baroclínica oceânica, o mesmo mecanismo descrito anteriormente como responsável pela ciclogênese atmosférica, ocorre quando o gradiente de densidade horizontal do oceano armazena energia potencial disponível. Essa instabilidade, então, converte essa energia potencial na energia cinética dos vórtices descritos anteriormente. A condição necessária para que essa instabilidade seja desencadeada, conhecida como condição de Charney-Stern, exige que a vorticidade potencial quase-geostrófica mude de sinal em algum ponto da coluna d'água vertical. O raio de deformação de Rossby, próximo a cinquenta quilômetros nas latitudes médias, é a escala horizontal característica dos vórtices que essa instabilidade acaba gerando.

A submesoescala, por outro lado, ocupa escalas muito menores, de apenas cem metros a dez quilômetros, com períodos de horas a dias e um número de Rossby próximo de um. Nessa escala, aparecem frentes oceânicas, filamentos e vórtices de submesoescala, que são dinamicamente importantes por três razões simultaneamente: transportam ativamente substâncias para o interior do oceano em um processo conhecido como subducção; amplificam o acesso de nutrientes à camada onde ocorre a fotossíntese; e contribuem para a mistura de traçadores de uma forma desproporcionalmente grande para seu pequeno tamanho. Isso significa que a submesoescala, apesar de ocupar uma pequena fração do oceano, determina em grande parte como seus nutrientes são distribuídos.

O comportamento esperado é que a energia flua em duas direções opostas simultaneamente: uma cascata reversa que transporta energia da submesoescala para a mesoescala, fazendo com que os vórtices cresçam em vez de se dispersarem, e uma cascata direta que transporta essa mesma energia, na direção oposta, da submesoescala para as microescalas, onde é completamente dissipada. Assim, desde os vórtices de mesoescala postos em movimento pela instabilidade baroclínica de grandes correntes até as frentes e filamentos de submesoescala que redistribuem nutrientes e traçadores, o oceano organiza sua própria turbulência em uma hierarquia de escalas que garante que a energia nunca pare de se mover, seja para cima ou para baixo, dentro desse mesmo espectro.

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