Mistura e Turbulência no Oceano

A turbulência em escalas de centímetros e abaixo realiza silenciosamente o que as grandes correntes não conseguem: ela agita calor, sal, nutrientes e momento através das superfícies de densidade e, em última análise, sustenta a circulação profunda de todo o oceano.

Definition

A mistura oceânica é a transferência irreversível de propriedades como calor, sal e momento por movimentos turbulentos de pequena escala, enquanto a turbulência é o movimento caótico e tridimensional do fluido que produz essa transferência.

Scope

Este tópico abrange a geração de turbulência pelo vento, convecção e cisalhamento; a estrutura e o arrastamento da camada mista superficial; a mistura diapycnal (trans-isopicnal) no interior, impulsionada em grande parte pela quebra de ondas internas; processos de dupla difusão; e a parametrização da mistura em modelos oceânicos e climáticos.

Core questions

• Que processos geram turbulência na camada superficial e no interior estratificado?
• Como a turbulência define a profundidade e as propriedades da camada mista?
• O que controla a taxa de mistura diapycnal que permite que a água densa e profunda retorne à superfície?
• Como a mistura, que atua em escalas não resolvidas, pode ser representada em modelos oceânicos de grande escala?

Key theories

Instabilidade de cisalhamento e o número de Richardson

O fluxo de cisalhamento estratificado torna-se turbulento quando o efeito desestabilizador do cisalhamento da velocidade supera o efeito estabilizador da estratificação, uma transição prevista por um baixo número de Richardson de gradiente.

Energética da mistura abissal

Sustentar a estratificação profunda e a circulação de retorno observadas requer um suprimento global de energia de mistura, rastreado em grande parte aos ventos e às marés internas que se quebram sobre a topografia irregular.

Mechanisms

O estresse do vento e o resfriamento da superfície geram convecção e cisalhamento que misturam o oceano superior em uma camada quase homogênea; no interior, as ondas internas crescem, se acentuam e se quebram onde o número de Richardson cai o suficiente para a instabilidade de cisalhamento, produzindo manchas de turbulência que misturam a água através das superfícies de densidade. O efeito cumulativo eleva a água densa e profunda e fecha a circulação de retorno.

Clinical relevance

A mistura determina o suprimento de nutrientes para as águas superficiais iluminadas pelo sol e, portanto, a produção primária, controla a rapidez com que o oceano absorve calor e carbono, e é uma das maiores fontes de incerteza nas projeções climáticas porque precisa ser parametrizada em vez de resolvida.

History

O trabalho de Munk de 1966, "Abyssal Recipes", levantou o problema de quanta mistura é necessária para manter a estratificação do oceano profundo; medições de microestrutura a partir da década de 1970, culminando em experimentos de liberação de traçadores e na estrutura energética de Munk-Wunsch de 1998, estabeleceram a mistura como um controle central e limitado pela energia na circulação global.

Key figures

• Walter Munk
• Carl Wunsch
• Lewis Fry Richardson

Seminal works

• thorpe2005
• munkWunsch1998

Frequently asked questions

Por que a mistura do oceano profundo é importante para o clima?

A mistura permite que a água fria e densa do fundo retorne lentamente para cima, fechando a circulação global de retorno que redistribui calor e carbono; sua taxa influencia fortemente como o oceano amortece as mudanças climáticas.

De onde vem a energia para a mistura oceânica?

A maior parte dela vem do vento que sopra na superfície e das marés que impulsionam ondas internas que se quebram sobre a topografia irregular do fundo do mar, convertendo energia de grande escala em turbulência de pequena escala.