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title: "O oceano em camadas"
book: "Ciências da Terra e do espaço do ensino médio"
subject: earth
language: pt
chapter: 6
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/earth/2/pt/chapter/6-o-oceano-em-camadas
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 6 — O oceano em camadas

Num dia de verão, você nada a partir de uma praia numa água agradavelmente morna. Depois deixa as pernas penderem — e os seus pés encontram uma água de repente fria, a um ou dois metros abaixo da superfície. O mar não é misturado de cima a baixo: ele é feito de camadas, quentes e leves em cima, frias e densas embaixo. No oceano aberto, essa mesma estrutura em camadas desce por quilômetros, e é ela que decide onde o mar é um deserto e onde ele fervilha de vida. Este capítulo olha o oceano em profundidade: como ele é medido, como a sua temperatura e a sua salinidade mudam para baixo, por que as camadas são estáveis, e onde a água fria profunda volta à superfície.

**O que você já sabe.**

A água do mar contém sais dissolvidos: a sua salinidade, cerca de 35 gramas de sal por quilograma de água do mar em média, varia de um mar para outro. Os ventos movem as correntes de superfície e os grandes giros circulares; correntes profundas de água fria e salgada se deslocam lentamente ao longo do fundo do oceano (Livro 1, 8º ano). A densidade é a massa dividida pelo volume (os livros de física). O fitoplâncton, algas microscópicas, precisa de luz e de nutrientes minerais para crescer pela fotossíntese, e alimenta o restante das cadeias alimentares do oceano (os livros de biologia).

## 6.1 Medir o oceano

O oceano cobre cerca de $362$ milhões de $\mathrm{km}^{2}$ e tem em média $3682\,\mathrm{m}$ de profundidade: uns $1.33$ bilhão de $\mathrm{km}^{3}$ de água. A maior parte dele fica muito abaixo do alcance da luz, e só pode ser medida enviando instrumentos para baixo.

De um navio, os oceanógrafos descem num cabo uma armação que leva sensores que medem a condutividade da água (a partir da qual se calcula a sua salinidade), a sua temperatura e a pressão (logo a profundidade), rodeados por um anel de garrafas que são fechadas em profundidades escolhidas para trazer amostras de água a bordo. Desde o ano 2000, uma frota de flutuadores robóticos acrescentou milhões de perfis: cada flutuador deriva com as correntes a uma profundidade de $1000\,\mathrm{m}$, afunda a cada dez dias, mais ou menos, até $2000\,\mathrm{m}$, depois sobe até a superfície medindo a temperatura e a salinidade no caminho, e envia o seu perfil por satélite.

**Dados de 2026.**

A rede internacional Argo conta perto de 4000 flutuadores ativos; o seu três milionésimo perfil foi coletado em julho de 2024.

![À esquerda: uma roseta de garrafas de amostragem em torno dos seus sensores, içada ao lado de um navio de pesquisa no Ártico, 2008 (fotografia: Pablo Clemente-Colon, NOAA Photo Library). À direita: um flutuador perfilador é lançado de um navio de pesquisa (fotografia: NOAA Global Ocean Monitoring and Observing Program). Ambas em domínio público.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/img-537c658ab146.jpg)

![À esquerda: uma roseta de garrafas de amostragem em torno dos seus sensores, içada ao lado de um navio de pesquisa no Ártico, 2008 (fotografia: Pablo Clemente-Colon, NOAA Photo Library). À direita: um flutuador perfilador é lançado de um navio de pesquisa (fotografia: NOAA Global Ocean Monitoring and Observing Program). Ambas em domínio público.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/img-cc88aba21e2d.jpg)

*À esquerda: uma roseta de garrafas de amostragem em torno dos seus sensores, içada ao lado de um navio de pesquisa no Ártico, 2008 (fotografia: Pablo Clemente-Colon, NOAA Photo Library). À direita: um flutuador perfilador é lançado de um navio de pesquisa (fotografia: NOAA Global Ocean Monitoring and Observing Program). Ambas em domínio público.*

Em média sobre décadas de medições, esses perfis dão uma imagem do oceano em profundidade. Os perfis deste capítulo são médias desse tipo, tiradas do *World Ocean Atlas 2023* dos NOAA National Centers for Environmental Information.

## 6.2 A temperatura com a profundidade

![Temperatura média em função da profundidade em três locais (a profundidade aumenta para baixo). Dados: World Ocean Atlas 2023, médias anuais, NOAA NCEI.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-1bbf4cfdd1f1.svg)

*Temperatura média em função da profundidade em três locais (a profundidade aumenta para baixo). Dados: World Ocean Atlas 2023, médias anuais, NOAA NCEI.*

A luz do Sol aquece o oceano por cima, na sua camada de superfície. O vento e as ondas misturam essa água quente numa camada de temperatura quase uniforme. Abaixo dela, a temperatura cai depressa ao longo de algumas centenas de metros; mais fundo ainda, ela cai devagar até a água fria que enche as bacias oceânicas.

**Definição 6.1 (Camada de mistura).**

A *camada de mistura* é a camada de superfície do oceano, misturada pelo vento e pelas ondas, na qual a temperatura e a salinidade quase não mudam com a profundidade.

**Definição 6.2 (Termoclina; haloclina; picnoclina; oceano profundo).**

A *termoclina* é a camada abaixo da [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) na qual a temperatura cai depressa com a profundidade. A camada na qual a salinidade muda depressa com a profundidade é uma *haloclina*; a camada na qual a densidade aumenta depressa com a profundidade é a *picnoclina*. Abaixo delas fica o *oceano profundo*, frio e de mudança lenta.

No Pacífico tropical, a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) está a $29.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ e tem uns $60\,\mathrm{m}$ de espessura; entre $70\,\mathrm{m}$ e $300\,\mathrm{m}$, a temperatura cai quase dezenove graus, e a $1000\,\mathrm{m}$ ela já desceu a $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. No Atlântico Norte, a superfície é mais fresca e a queda mais gradual. No Oceano Ártico, a coluna inteira fica a menos de dois graus de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: não há, por assim dizer, camada quente de superfície.

**Método 6.3 (Ler um perfil oceânico).**

1. Encontre os eixos: a profundidade aumenta para baixo, a grandeza medida é lida ao longo do topo.
2. A [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) é a parte de cima, onde a curva é quase vertical; a sua profundidade é onde a curva começa a se afastar da vertical (uma regra comum: onde a temperatura caiu $0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ abaixo do seu valor na superfície).
3. A [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) é onde a curva está mais perto da horizontal: a maior mudança para a menor profundidade.
4. Mais abaixo, leia os valores profundos e compare os locais na mesma profundidade.

A [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) muda com as estações. No inverno, a superfície perde calor, as tempestades agitam o mar e a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) se aprofunda; no verão, o sol aquece uma fina camada de superfície que os ventos mais suaves não conseguem misturar para baixo, e uma *[termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) sazonal* se forma perto da superfície — a água fria que os pés do nadador encontram.

![Inverno e verão no Atlântico Norte (40.5°N, 30.5°O): temperaturas médias mensais de fevereiro e de agosto. Em fevereiro, a camada de mistura chega a cerca de 170\, m; em agosto, uma camada quente de cerca de 15\, m de espessura repousa sobre uma termoclina sazonal. Dados: World Ocean Atlas 2023, NOAA NCEI.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-a7f532b8c374.svg)

*Inverno e verão no Atlântico Norte (40.5°N, 30.5°O): temperaturas médias mensais de fevereiro e de agosto. Em fevereiro, a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) chega a cerca de $170\,\mathrm{m}$; em agosto, uma camada quente de cerca de $15\,\mathrm{m}$ de espessura repousa sobre uma [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) sazonal. Dados: World Ocean Atlas 2023, NOAA NCEI.*

## 6.3 Salinidade e densidade

A densidade da água do mar depende da sua temperatura e da sua salinidade. Ela é calculada por uma fórmula acordada internacionalmente, a equação de estado da água do mar, ajustada a medições de laboratório.

**Proposição 6.4 (Densidade da água do mar).**

A densidade da água do mar aumenta com a sua salinidade e diminui quando a sua temperatura sobe. À pressão da superfície, a água do mar de salinidade 35 tem uma densidade de $1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ e de $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$; a água pura a $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ tem uma densidade de $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

![A densidade da água do mar à pressão da superfície, em função da sua temperatura, para três salinidades (calculada pela equação de estado internacional da água do mar).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-bfd3b1d4677e.svg)

*A densidade da água do mar à pressão da superfície, em função da sua temperatura, para três salinidades (calculada pela equação de estado internacional da água do mar).*

Duas coisas aparecem no gráfico. Uma unidade de salinidade acrescenta cerca de $0.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Um grau de aquecimento retira cerca de $0.31\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$, $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, mas apenas $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ perto de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: nos mares quentes, é a temperatura que controla a densidade; nos mares frios, é a salinidade.

**Observação 6.5.**

As densidades deste capítulo são calculadas à pressão da superfície. A pressão da água de cima comprime um pouco a água do mar, cerca de $4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ por quilômetro de profundidade; os oceanógrafos comparam as massas de água à mesma pressão, para que só a temperatura e a salinidade contem.

![Salinidade (à esquerda) e densidade à pressão da superfície (à direita) em função da profundidade, nos três locais dos perfis de temperatura. Em todos os locais, a densidade aumenta para baixo. Dados: World Ocean Atlas 2023, NOAA NCEI; densidades pela equação de estado internacional da água do mar.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-4c27a8d8f15e.svg)

*Salinidade (à esquerda) e densidade à pressão da superfície (à direita) em função da profundidade, nos três locais dos perfis de temperatura. Em todos os locais, a densidade aumenta para baixo. Dados: World Ocean Atlas 2023, NOAA NCEI; densidades pela equação de estado internacional da água do mar.*

No Pacífico tropical, a [picnoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) coincide com a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline). No Oceano Ártico, a temperatura quase não muda, mas a salinidade sobe de 28 na superfície, adoçada pelos rios e pelo gelo que derrete, a 34.8 a $500\,\mathrm{m}$: a [haloclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) é a [picnoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline). Em cada caso, a densidade aumenta para baixo.

**Definição 6.6 (Estratificação).**

O oceano está *estratificado* quando a sua densidade aumenta com a profundidade: água mais leve repousa sobre água mais densa, em camadas.

Um oceano [estratificado](#def-g10-layered-ocean-stratification) é estável. Uma parcela de água empurrada para baixo, para dentro de uma água mais densa, é mais leve que o seu entorno e volta a flutuar para cima; uma parcela empurrada para cima volta a afundar. Para misturar as camadas, o vento precisa trabalhar contra isso, e quanto mais forte a [picnoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline), mais difícil é: a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) é uma tampa que separa a superfície do [oceano profundo](#def-g10-layered-ocean-thermocline). O [oceano profundo](#def-g10-layered-ocean-thermocline) é preenchido por água que afundou há muito tempo nos mares polares frios, onde a água de superfície fica densa o bastante para afundar (Livro 1, 8º ano).

## 6.4 A ressurgência

**Definição 6.7 (Ressurgência).**

A *ressurgência* é a subida de água fria de baixo da camada de superfície, para substituir a água de superfície que o vento empurra para longe. Ela ocorre ao longo de algumas costas e em oceano aberto.

Ao longo de uma costa, o vento que sopra paralelo à orla arrasta a água de superfície; por causa da rotação da Terra, a água não segue simplesmente o vento, mas é desviada dele, para a direita no Hemisfério Norte e para a esquerda no Hemisfério Sul (como isso funciona é o assunto dos volumes universitários). Ao largo do Peru, o vento sopra ao longo da costa em direção ao equador, e a água de superfície é empurrada para o mar aberto; a água fria sobe perto da costa para tomar o seu lugar. A [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling) também ocorre ao longo do equador, onde os ventos alísios afastam dele a água de superfície dos dois lados.

![Ressurgência costeira ao largo do Peru (corte esquemático de oeste para leste, fora de escala): o vento sopra ao longo da costa em direção ao equador, para o norte, para dentro da página; a água de superfície é desviada para a sua esquerda e empurrada para o mar aberto; a água fria de baixo da termoclina sobe perto da costa para substituí-la.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-305cd455d27f.svg)

*[Ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling) costeira ao largo do Peru (corte esquemático de oeste para leste, fora de escala): o vento sopra ao longo da costa em direção ao equador, para o norte, para dentro da página; a água de superfície é desviada para a sua esquerda e empurrada para o mar aberto; a água fria de baixo da [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) sobe perto da costa para substituí-la.*

A água que sobe não é apenas fria. Abaixo da camada de superfície iluminada, os restos do plâncton morto que afundam e se decompõem liberam os nutrientes minerais de que o fitoplâncton precisa. Trazidos de volta para a luz, esses nutrientes fazem das regiões de [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling) as águas mais produtivas do oceano, com os pesqueiros mais ricos. Onde o oceano é fortemente [estratificado](#def-g10-layered-ocean-stratification) e nada traz água profunda para cima, a camada iluminada fica sem nutrientes: os centros dos giros subtropicais são os desertos do oceano.

![A clorofila do fitoplâncton vista do espaço, em média sobre 2002–2010: do azul-escuro (muito pouca), passando pelo azul-claro, até o amarelo (muita); terra em cinza. A costa do Peru e a faixa ao longo do equador no Pacífico se destacam; os giros são de um azul profundo. Imagem: Jesse Allen e Robert Simmon, NASA Earth Observatory (domínio público).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/img-29e52896608e.jpg)

*A clorofila do fitoplâncton vista do espaço, em média sobre 2002–2010: do azul-escuro (muito pouca), passando pelo azul-claro, até o amarelo (muita); terra em cinza. A costa do Peru e a faixa ao longo do equador no Pacífico se destacam; os giros são de um azul profundo. Imagem: Jesse Allen e Robert Simmon, NASA Earth Observatory (domínio público).*

![Ao largo do Peru, a água fria chega perto da superfície: a água a 15 C (linha tracejada) fica a cerca de 65\, m, contra quase 300\, m no meio do giro do Pacífico Sul, que fica mais longe do equador. Dados: World Ocean Atlas 2023, médias anuais, NOAA NCEI.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-2/g10-layered-ocean/fig-3074ad88da55.svg)

*Ao largo do Peru, a água fria chega perto da superfície: a água a $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ (linha tracejada) fica a cerca de $65\,\mathrm{m}$, contra quase $300\,\mathrm{m}$ no meio do giro do Pacífico Sul, que fica mais longe do equador. Dados: World Ocean Atlas 2023, médias anuais, NOAA NCEI.*

## 6.5 Exercícios

**Exercício 6.1 ★.**

Defina a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) e a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline). O que agita a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer)?

**Solução de Exercício 6.1.**

A [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) é a camada de superfície do oceano na qual a temperatura e a salinidade quase não mudam com a profundidade; a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) é a camada abaixo dela na qual a temperatura cai depressa com a profundidade. O vento e as ondas agitam a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) (ajudados no inverno pelo resfriamento da superfície).

**Exercício 6.2 ★.**

Defina a [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling). Por que as águas das regiões de [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling) são ricas em vida?

**Solução de Exercício 6.2.**

A [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling) é a subida de água fria de baixo da camada de superfície, que substitui a água de superfície empurrada para longe pelo vento. A água que sobe traz nutrientes minerais para a camada iluminada, onde o fitoplâncton os usa para crescer; o fitoplâncton alimenta o restante da cadeia alimentar.

**Exercício 6.3 ★.**

Usando os perfis de temperatura dos três locais, dê a temperatura na superfície e a $1000\,\mathrm{m}$ no Pacífico tropical e no Oceano Ártico.

**Solução de Exercício 6.3.**

Pacífico tropical: cerca de $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ na superfície e $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $1000\,\mathrm{m}$. Oceano Ártico: cerca de $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ na superfície e perto de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $1000\,\mathrm{m}$.

**Exercício 6.4 ★.**

O que é mais denso: a água do mar de salinidade 35 a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ ou a $0{}^{\circ}\mathrm{C}$? A água do mar de salinidade 35 ou a água pura, à mesma temperatura? Use os valores do capítulo.

**Solução de Exercício 6.4.**

A $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ contra $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $25{}^{\circ}\mathrm{C}$). A água do mar: a $4{}^{\circ}\mathrm{C}$, a água pura tem uma densidade de $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, e a água do mar de salinidade 35, cerca de $1027.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ (lida no gráfico).

**Exercício 6.5 ★.**

Explique como um flutuador perfilador mede um perfil do oceano, e por que os flutuadores são úteis onde os navios raramente vão.

**Solução de Exercício 6.5.**

O flutuador deriva a $1000\,\mathrm{m}$, afunda até $2000\,\mathrm{m}$, depois sobe até a superfície medindo a temperatura, a salinidade (a partir da condutividade) e a pressão no caminho; na superfície, ele envia o seu perfil por satélite e afunda de novo. Os flutuadores derivam com as correntes por todo o oceano e funcionam durante anos, em todas as estações, longe das rotas dos navios.

**Exercício 6.6 ★★.**

O oceano cobre $361.84$ milhões de $\mathrm{km}^{2}$, com uma profundidade média de $3682\,\mathrm{m}$. Calcule o seu volume em quilômetros cúbicos. Que fração da sua profundidade representam os $100\,\mathrm{m}$ de cima?

**Solução de Exercício 6.6.**

$361.84\times10^6 \times 3.682 \approx 1.33 \times 10^{9}\,\mathrm{km}^{3}$, cerca de $1.33$ bilhão de quilômetros cúbicos. $100/3682 \approx 0.027$: menos de $3\,\%$ da profundidade média.

**Exercício 6.7 ★★.**

No perfil de agosto do Atlântico Norte, a temperatura é de $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ na superfície, $22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $15\,\mathrm{m}$, $21.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $20\,\mathrm{m}$ e $17.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $50\,\mathrm{m}$. Usando a regra do método, estime a profundidade da [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer). Qual é a taxa média de queda da temperatura entre $20\,\mathrm{m}$ e $50\,\mathrm{m}$, em graus por metro?

**Solução de Exercício 6.7.**

$22.7 - 0.5 = 22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, atingida a $15\,\mathrm{m}$: a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) tem cerca de $15\,\mathrm{m}$ de profundidade. Entre $20\,\mathrm{m}$ e $50\,\mathrm{m}$: $(21.8 - 17.3)/30 = 0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ por metro.

**Exercício 6.8 ★★.**

No mesmo local do Atlântico Norte, a superfície está a $15.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ em fevereiro e a $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ em agosto, enquanto a $300\,\mathrm{m}$ ela está a $13.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ nos dois meses. Explique por que a água profunda não acompanha as estações, e por que a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) de inverno é muito mais profunda que a de verão.

**Solução de Exercício 6.8.**

O sol aquece apenas a camada de superfície, e o aquecimento e o resfriamento sazonais só se espalham pela [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer): abaixo da [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline), a água fica isolada deles. No inverno, a superfície se resfria, fica mais densa e afunda na água de baixo, e as tempestades agitam o mar: a mistura vai fundo. No verão, o sol aquece uma camada de superfície leve que flutua sobre a água mais fria; os ventos mais suaves não conseguem empurrá-la para baixo, e a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) continua fina.

**Exercício 6.9 ★★.**

Perto de $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, uma unidade de salinidade acrescenta $0.78\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ à densidade e um grau de aquecimento retira $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Quantos graus de aquecimento anulam uma unidade de salinidade? Responda à mesma pergunta perto de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$, onde um grau retira apenas $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. O que você conclui para os mares polares?

**Solução de Exercício 6.9.**

$0.78/0.18 \approx 4.3$ graus perto de $10{}^{\circ}\mathrm{C}$; $0.78/0.06 = 13$ graus perto de $0{}^{\circ}\mathrm{C}$. Nos mares polares frios, pequenas mudanças de salinidade pesam muito mais na densidade que as mudanças de temperatura: ali, é a salinidade que controla as camadas.

**Exercício 6.10 ★★.**

No Oceano Ártico, a água da superfície está a $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ com uma salinidade de 28.1, e a $200\,\mathrm{m}$ ela está a $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ com uma salinidade de 33.3. As suas densidades são $1022.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ e $1026.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. O que torna a água mais funda mais densa? Dê o nome da camada entre elas.

**Solução de Exercício 6.10.**

A temperatura é a mesma: a água mais funda é mais densa porque é mais salgada (33.3 contra 28.1). A camada entre elas, onde a salinidade muda depressa com a profundidade, é uma [haloclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline); aqui ela é também a [picnoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline).

**Exercício 6.11 ★★.**

Explique por que um oceano [estratificado](#def-g10-layered-ocean-stratification) é estável, usando uma parcela de água de superfície empurrada para baixo por uma onda.

**Solução de Exercício 6.11.**

Empurrada para baixo, a parcela conserva a sua temperatura e a sua salinidade, logo a sua densidade. Cercada de água mais densa, ela é mais leve que a água que desloca: o empuxo a leva de volta ao seu próprio nível. Uma parcela empurrada para cima seria mais densa que o seu novo entorno e voltaria a afundar. As camadas são estáveis.

**Exercício 6.12 ★★★.**

Um litro de água do mar de salinidade 35 a $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ é aquecido até $25{}^{\circ}\mathrm{C}$. Usando as densidades do capítulo, calcule a sua massa, depois o seu novo volume. Quanto ele se dilatou, em mililitros? Uma camada de oceano de $700\,\mathrm{m}$ de espessura se aquece na mesma proporção: quanto cresce a sua espessura? (Isto é um grande exagero do aquecimento real do oceano, usado aqui apenas para mostrar o efeito.)

**Solução de Exercício 6.12.**

Massa: $0.001 \times 1028.1 = 1.0281\,\mathrm{kg}$. Novo volume: $1.0281/1023.3
\approx 0.001\,004\,7\,\mathrm{m}^{3}$, cerca de $1004.7\,\mathrm{mL}$: ela se dilatou cerca de $4.7\,\mathrm{mL}$, $0.47\,\%$. A camada de $700\,\mathrm{m}$ engrossaria $700 \times 0.0047 \approx 3.3\,\mathrm{m}$.

**Exercício 6.13 ★★★.**

No Pacífico tropical, a densidade é de $1021.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $50\,\mathrm{m}$ e de $1026.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ a $200\,\mathrm{m}$; no Atlântico Norte, em fevereiro, a temperatura quase não muda nos $150\,\mathrm{m}$ de cima. Em qual dos dois uma tempestade teria mais facilidade para misturar a água até $150\,\mathrm{m}$? Explique.

**Solução de Exercício 6.13.**

No Atlântico Norte em fevereiro. Ali, os $150\,\mathrm{m}$ de cima têm quase a mesma temperatura, logo quase a mesma densidade: misturá-los custa pouco. No Pacífico tropical, a densidade sobe $1026.0 - 1021.6 =
4.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ entre $50\,\mathrm{m}$ e $200\,\mathrm{m}$: uma [picnoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) forte, e a tempestade teria de empurrar água leve para dentro de uma água muito mais densa.

**Exercício 6.14 ★★★.**

No mapa da clorofila, encontre duas regiões de clorofila alta em oceano aberto, longe de qualquer costa, e uma grande região de clorofila muito baixa. Usando o capítulo, explique cada uma.

**Solução de Exercício 6.14.**

Clorofila alta longe das costas: a faixa ao longo do equador no Pacífico (e no Atlântico), onde os ventos alísios provocam uma [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling); e as altas latitudes, como o Atlântico Norte, onde a [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) de inverno chega fundo e traz os nutrientes para cima. Clorofila muito baixa: os centros dos giros subtropicais, fortemente [estratificados](#def-g10-layered-ocean-stratification), onde nada traz água profunda para cima e a camada iluminada ficou sem nutrientes.

**Exercício 6.15 ★★★.**

Suponha que um flutuador afunde de $1000\,\mathrm{m}$ a $2000\,\mathrm{m}$ em seis horas, depois suba até a superfície em dez horas. Calcule a sua velocidade vertical média em cada fase, em centímetros por segundo. Se ele medisse a cada $2\,\mathrm{s}$ durante a subida, quantas medições conteria um perfil, e que profundidade separa duas delas em média?

**Solução de Exercício 6.15.**

Descida: $1000/(6 \times 3600) \approx 0.046\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, cerca de $4.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. Subida: $2000/(10 \times 3600) \approx 0.056\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, cerca de $5.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. $36\,000/2 = 18\,000$ medições, em média a $2000/18\,000 \approx 0.11\,\mathrm{m}$ uma da outra.

## 6.6 Problema: uma sondagem ao largo do Peru

**Problema 6.1.**

Problema de fim de semana — dois perfis do Pacífico Sul

A tabela dá a temperatura e a salinidade médias, e a densidade calculada à pressão da superfície, em dois lugares do Pacífico Sul: ao largo do Peru ($13.5{}^{\circ}\mathrm{S}$, $77.5{}^{\circ}\mathrm{O}$) e no meio do giro subtropical ($20.5{}^{\circ}\mathrm{S}$, $110.5{}^{\circ}\mathrm{O}$).

|  | ao largo do Peru | giro |
| --- | --- | --- |
| profundidade ($\mathrm{m}$) | ${}^{\circ}\mathrm{C}$ | salinidade | $\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ | ${}^{\circ}\mathrm{C}$ | salinidade | $\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ |
| 0 | 19.0 | 35.08 | 1025.08 | 24.0 | 36.41 | 1024.71 |
| 25 | 17.4 | 35.06 | 1025.47 | 23.9 | 36.39 | 1024.73 |
| 50 | 15.8 | 35.03 | 1025.83 | 23.6 | 36.38 | 1024.80 |
| 100 | 13.7 | 34.93 | 1026.20 | 22.6 | 36.27 | 1025.02 |
| 200 | 12.4 | 34.89 | 1026.44 | 20.3 | 35.80 | 1025.30 |
| 300 | 11.1 | 34.80 | 1026.62 | 14.4 | 34.76 | 1025.92 |
| 500 | 7.9 | 34.60 | 1026.97 | 7.1 | 34.39 | 1026.92 |

**Parte I — Ler os perfis.**

1. Qual local é mais quente na superfície, e por quanto?
2. Qual local fica mais longe do equador? A diferença de temperatura de superfície é a que você esperaria só pelas latitudes?
3. Usando a regra do método, estime a profundidade da [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) no giro.
4. Há uma [camada de mistura](#def-g10-layered-ocean-mixed-layer) ao largo do Peru? Descreva os $100\,\mathrm{m}$ de cima.
5. Entre quais profundidades a temperatura cai mais depressa no giro? Dê a taxa, em graus por cem metros.
6. A que profundidade, aproximadamente, a água está a $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ em cada local?

**Parte II — As densidades.**

7. Verifique que a densidade aumenta com a profundidade nos dois locais. O que isso diz sobre a sua estabilidade?
8. No giro, a água de superfície é mais salgada que ao largo do Peru. Isso deveria torná-la mais densa ou mais leve? Ela é mais densa?
9. Explique qual dos dois efeitos vence.
10. Calcule o aumento de densidade da superfície até $200\,\mathrm{m}$ ao largo do Peru.
11. Calcule o mesmo aumento no giro.

**Parte III — A estratificação comparada.**

12. No giro, onde se encontra a maior parte do aumento de densidade dos $500\,\mathrm{m}$ de cima: acima ou abaixo de $200\,\mathrm{m}$ ?
13. E ao largo do Peru, onde ela se encontra?
14. A $500\,\mathrm{m}$ , compare os dois locais. O que isso sugere sobre a água profunda abaixo de ambos?
15. Explique em algumas frases como a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) ao largo do Peru foi levantada em direção à superfície.
16. O fitoplâncton vive nas primeiras dezenas de metros. Em qual local a água rica em nutrientes de baixo da [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) está ao alcance da agitação pelo vento? Explique.

**Parte IV — Por que as águas peruanas são produtivas.**

17. Como seria a água de superfície ao largo do Peru se o vento ao longo da costa parasse de soprar durante meses?
18. Usando o mapa da clorofila, compare os dois locais.
19. Explique por que o giro é chamado de deserto do oceano, embora seja cheio de luz do Sol.
20. Calcule a razão entre os aumentos de densidade da superfície até $200\,\mathrm{m}$ ao largo do Peru e no giro, e diga o que ela mostra.

**Solução de Problema 6.1.**

**1.** O giro, por $24.0 - 19.0 = 5.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**2.** O giro ($20.5{}^{\circ}\mathrm{S}$ contra $13.5{}^{\circ}\mathrm{S}$). Mais longe do equador, ele deveria ser o mais fresco: as latitudes sozinhas não podem explicar por que ele é $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ mais quente.

**3.** $24.0 - 0.5 = 23.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, atingida entre $50\,\mathrm{m}$ (23.6) e $100\,\mathrm{m}$ (22.6), a cerca de $50 + 50 \times
0.1/1.0 = 55\,\mathrm{m}$.

**4.** Não: a temperatura cai regularmente desde a superfície, $1.6{}^{\circ}\mathrm{C}$ nos primeiros $25\,\mathrm{m}$ e $5.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ nos primeiros $100\,\mathrm{m}$; a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) começa na superfície.

**5.** Entre $200\,\mathrm{m}$ e $300\,\mathrm{m}$: $20.3 - 14.4 =
5.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ por cem metros.

**6.** Ao largo do Peru, entre $50\,\mathrm{m}$ e $100\,\mathrm{m}$: cerca de $70\,\mathrm{m}$ por interpolação (o perfil completo dá $65\,\mathrm{m}$). No giro, entre $200\,\mathrm{m}$ e $300\,\mathrm{m}$: cerca de $200 + 100 \times 5.3/5.9
\approx 290\,\mathrm{m}$.

**7.** Sim, em todos os níveis das duas colunas: água mais leve repousa sobre água mais densa, e as duas colunas são estáveis.

**8.** A água mais salgada deveria ser mais densa; no entanto, a água de superfície do giro é mais leve: $1024.71\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ contra $1025.08\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

**9.** A água do giro é cerca de 1.3 unidade mais salgada, o que acrescenta cerca de $1.3 \times 0.8 \approx 1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$; ela é $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ mais quente, o que retira cerca de $5 \times 0.27 \approx 1.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ nessas temperaturas. A temperatura vence.

**10.** $1026.44 - 1025.08 = 1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

**11.** $1025.30 - 1024.71 = 0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

**12.** Da superfície até $500\,\mathrm{m}$, a densidade sobe $1026.92 - 1024.71 = 2.21\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, dos quais apenas $0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ acima de $200\,\mathrm{m}$: a maior parte, $1.62\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, fica abaixo de $200\,\mathrm{m}$, na [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) entre $200\,\mathrm{m}$ e $500\,\mathrm{m}$.

**13.** Ao largo do Peru, a densidade sobe $1026.97 - 1025.08 =
1.89\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ da superfície até $500\,\mathrm{m}$, dos quais $1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ nos $200\,\mathrm{m}$ de cima: a maior parte fica perto da superfície.

**14.** A $500\,\mathrm{m}$, os dois locais são quase iguais ($7.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ e $7.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, $1026.97\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ e $1026.92\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$): a mesma água fria fica sob os dois; a diferença é o quanto ela chega perto da superfície.

**15.** O vento que sopra ao longo da costa em direção ao equador empurra a água de superfície para o mar aberto; a água de baixo sobe perto da costa para tomar o seu lugar. A água fria da [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) é puxada para cima, de modo que a [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline) se inclina para cima em direção à costa e chega quase até a superfície.

**16.** Ao largo do Peru: a água a $13{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $15{}^{\circ}\mathrm{C}$, de baixo da [termoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline), fica nos $100\,\mathrm{m}$ de cima, ao alcance da agitação pelo vento e da luz. No giro, ela fica abaixo de $250\,\mathrm{m}$, sob uma camada quente e leve que o vento não consegue agitar até essa profundidade.

**17.** A [ressurgência](#def-g10-layered-ocean-upwelling) pararia: a água de superfície se aqueceria ao sol, uma camada quente e leve se formaria por cima, e o fornecimento de nutrientes à camada iluminada diminuiria.

**18.** A costa do Peru vai do azul-claro ao amarelo (muita clorofila); o meio do giro do Pacífico Sul está entre as regiões de azul mais escuro do mapa (muito pouca).

**19.** O fitoplâncton precisa de nutrientes além de luz. No giro, a forte [estratificação](#def-g10-layered-ocean-stratification) mantém a água profunda, rica em nutrientes, muito abaixo da camada iluminada, e os nutrientes da camada de superfície já foram consumidos há muito tempo.

**20.** $1.36/0.59 \approx 2.3$: **o aumento de densidade nos $200\,\mathrm{m}$ de cima é cerca de 2.3 vezes maior ao largo do Peru que no giro**. A [picnoclina](#def-g10-layered-ocean-thermocline), com a água fria e rica em nutrientes abaixo dela, foi levantada para dentro dos $200\,\mathrm{m}$ de cima ao largo do Peru, enquanto no giro ela fica mais funda, abaixo de $200\,\mathrm{m}$.