Podemos pensar no oceano como um bolo com várias camadas. Imagine um bolo com geleia por cima (água de superfície), bolo de cenoura no meio (água intermediária) e bolo de chocolate por baixo (água de fundo). Cada camada do oceano tem uma densidade diferente (peso da água), com a mais pesada no fundo.  A densidade da água varia com a temperatura e o sal. A água quente é menos densa que a água fria e a água salgada é mais densa que a água doce. Por exemplo, se você colocar molho de soja na água, ele irá afundar porque tem maior concentração de sal e é, portanto, mais denso. No oceano, quando camadas de água densa e menos densa estão em contato umas com as outras, a água densa vai para baixo da água menos densa (Figura 1, canto inferior esquerdo). A água densa no fundo do oceano é muito fria e/ou salgada. Mas, para começar, como essas camadas foram criadas? 

A formação da Água de Fundo Antártica

A Água de Fundo Antártica (AFA) é aquela que se forma ao redor desse continente e fica logo acima do leito oceânico. Se você avaliasse a massa global do oceano, a AFA responderia por 30% a 40% do volume total [1]. 

Então, por que a água do fundo do mar mais densa é encontrada na Antártica? Bem, devido ao ar muito frio que há ali, as águas na superfície do oceano passam por um resfriamento severo e congelam, formando uma grande quantidade de gelo marinho. Na água doce, o gelo se forma a 0°C (como acontece no seu freezer), mas o oceano contém sal e por isso a água precisa descer a -1,9°C para congelar. À medida que a água do mar congela, de 70% a 90% do sal são deixados para trás (rejeitados) pelo gelo e afundam no oceano. Isso torna a água abaixo do gelo marinho muito salgada e densa. 

As fábricas de gelo marinho perto da costa antártica

O gelo marinho se forma em toda a Antártica, mas é preciso que haja uma grande quantidade dele para que a água salgada produza a AFA. Normalmente, quando o gelo marinho se torna mais espesso e cobre a superfície do oceano, ele atua como um cobertor, protegendo do ar frio a água que está por baixo dele e evitando que sua camada fique ainda mais espessa. Isso lembra o modo como as penas mantêm um pinguim aquecido. No entanto, há áreas ao redor da Antártica onde o gelo marinho se forma constantemente – as polínias costeiras. 

A polínia é uma área do oceano cercada por gelo do mar (Figura 2). Os fortes ventos marinhos que sopram da Antártica afastam o gelo marinho da costa e criam uma área de mar aberto. A água recém-exposta logo se congela. Mas, mesmo enquanto o novo gelo está sendo formado, correntes oceânicas ou ventos fortes afastam-no da costa, expondo mais águas superficiais e mantendo a polínia. Devido às grandes quantidades de gelo marinho que as polínias criam, elas são frequentemente chamadas de fábricas de gelo marinho [2]. 

Com a formação de uma enorme quantidade de gelo marinho, a água que fica abaixo das polínias fica muito salgada devido à rejeição do sal, além de muito fria – o que a deixa extremamente pesada e densa. Então, ela desce até o fundo do oceano e se torna a AFA! 

Observação por satélite

Há muitas polínias ao redor da Antártica, mas nem todas produzem gelo marinho suficiente para gerar a AFA.  As áreas costeiras dessa região são um dos lugares de mais difícil acesso do mundo, especialmente no inverno. Não é nada fácil atravessar o espesso gelo marinho do inverno até as polínias para fazer medições do oceano e da formação de gelo marinho. Felizmente, temos uma ferramenta valiosa que nos ajuda a avaliar a produção de gelo marinho… sem sair de nossas casas: a observação por satélite! 

Satélites são lançados ao espaço e medem a superfície da Terra de longe, por meio de câmeras e outros sensores. Um satélite pode observar o oceano Antártico durante o ano inteiro, ajudando-nos a localizar polínias e a calcular a quantidade de calor que elas perdem (Figura 2). Depois, com a ajuda de computadores e da matemática, podemos descobrir quanto gelo marinho cada polínia produz (mais perda de calor = mais gelo marinho). 

A Figura 3 mostra um mapa da produção anual de gelo marinho em todo o oceano Antártico, criado a partir de dados de satélite. Áreas de alta produção de gelo marinho são encontradas ao redor da costa, mas existem apenas quatro locais que produzem o suficiente para gerar a AFA. Dos anos 1940 até os anos 1990, cientistas descobriram que o mar de Ross, o mar de Weddell e as polínias da Costa Adélie criam AFA. Isso foi descoberto durante viagens de pesquisa à Antártica que fizeram medições diretas do oceano profundo. No entanto, somente após o desenvolvimento da tecnologia de satélite, na década de 2000, é que se encontrou um quarto local – o cabo Darnley – que também produzia a AFA [3, 4]. Isso foi depois confirmado por dados coletados de um navio de pesquisa [3]. 

A circulação no oceano global

Olhe de novo a Figura 1, que mostra a circulação oceânica global, às vezes chamada de correia transportadora oceânica. O movimento da água é impulsionado pelas diferentes densidades das massas de água do oceano. O afundamento da AFA na Antártica atua como uma bomba, conduzindo águas profundas e frias para o equador e água quente do equador para os polos. Essa circulação distribui o calor de forma mais uniforme, mantendo um clima ameno e estável em todo o mundo. Embora a AFA seja formada na Antártica, ela pode ser encontrada no fundo do oceano perto do equador. À medida que é transportada para o fundo de todos os oceanos, essa AFA fria vai subindo gradualmente em outras áreas do mundo. Em média, a correia transportadora oceânica leva cerca de mil a dois mil anos para completar o trajeto da água [6]. 

O futuro

Nos últimos cem anos, a temperatura da atmosfera tem aumentado devido à atividade humana, fenômeno conhecido como aquecimento global. O oceano absorveu 90% desse calor, e a camada inferior do oceano também está aquecendo [7].

Os cientistas revelaram que o aquecimento da camada inferior é causado por uma redução na formação de AFA [7]. O derretimento da camada de gelo da Antártica, a maior massa de gelo da Terra, também está fazendo com que os oceanos em torno daquele continente se refresquem, reduzindo a quantidade de sal e a densidade da água. Se o aquecimento global continuar, prevê-se que a produção de AFA diminuirá ainda mais, o que poderá enfraquecer e retardar a correia transportadora oceânica global. Se a circulação oceânica global diminuísse ou parasse, o clima da Terra mudaria e os ecossistemas oceânicos e terrestres seriam afetados.

Não sabemos exatamente o que aconteceria à circulação oceânica, ao clima e aos ecossistemas se a AFA parasse de se formar; por isso, os cientistas estão utilizando modelos computacionais do oceano e do clima para tentar prever mudanças futuras. Nossa compreensão dessa massa de água ainda não é completa e talvez você também possa um dia ajudar-nos a pesquisar e a explorar as incógnitas do fundo do mar. 

Glossário

Densidade: Peso de alguma coisa em comparação com seu tamanho. Em termos de água, temperaturas mais frias e maior teor de sal tornam a água mais densa. 

Água de Fundo da Antártica (AFA): Camada de água do oceano muito fria e salgada, o que a torna muito pesada/densa e a faz descer para o fundo do mar. 

Gelo marinho: Gelo formado pela água do mar.

Polínia: Área de água aberta ou gelo fino cercada por gelo marinho e terra; produz grande quantidade de gelo marinho, que é empurrado para longe da costa e mantém a área aberta. 

Observação por satélite: Coleta de imagens e outros dados sobre a Terra a partir de satélites lançados ao espaço e em órbita ao redor do planeta. 

Circulação Oceânica Global: Movimento das massas de água do oceano ao redor do globo devido às diferenças na densidade dessas massas. 

Referências

[1] Johnson, G. C. 2008. “Quantifying Antarctic bottom water and north Atlantic deep water volumes.” J. Geophys. Res. 113:C05027. DOI: 10.1029/2007JC004477.

[2] Morales Maqueda, M. A., Willmott, A. J. e Biggs, N. R. T. 2004. “Polynya dynamics: a review of observations and modeling.” Rev. Geophys. 42:RG1004. DOI: 10.1029/2002RG000116.

[3] Ohshima, K. I., Fukamachi, Y., Williams, G. D., Nihashi, S., Roquet, F., Kitade, Y. et al. 2013. “Antarctic Bottom Water production by intense sea-ice formation in the Cape Darnley polynya”. Nat. Geosci. 6:235–40. DOI: 10.1038/NGEO1738.

[4] Ohshima, K. I., Fukamachi, Y., Ito, M. K. Nakata, M., Simizu, D., Ono, K. et al. 2022. “Dominant frazil ice production in the Cape Darnley polynya leading to Antarctic Bottom Water formation.” Sci. Adv. 8:eadc9174. DOI: 10.1126/sciadv.adc9174.

[5] Nihashi, S. e Ohshima, K. I .2015. “Circumpolar mapping of Antarctic coastal polynyas and landfast sea ice: relationship and variability.” J. Climate. 28:3650 –70. DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00369.

[6] Matsumoto, K. 2007. “Radiocarbon-based circulation age of the world oceans.” J. Geophys. Res. 112:C09004. DOI: 10.1029/2007JC004095.

[7] Rhein, M., Rintoul, S. R., Aoki, S., Campos, E., Chambers, D., Feely, R. A. et al. 2013. “Observations: ocean”, em Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Stocker, T. F., Qin, D., Plattner, G.-K., Tignor, M., Allen, S. K., Boschung, J. et al. (orgs.). Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido e Nova York, NY, EUA, 1535. 

Citação

Ohshima,  K. I. e Blanckensee, S. (2023). “Driving the ocean ‘pump’ – formation of dense water in the Antarctic.” Front. Young Minds. 11:1057990. DOI: 10.3389/frym.2023.1057990. 

Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Creative Commons Attribution License (CC BY). O uso, distribuição ou reprodução em outros fóruns é permitido, desde que o(s) autor(es) original(is) e o(s) proprietário(s) dos direitos autorais sejam creditados e que a publicação original nesta revista seja citada, de acordo com a prática acadêmica aceita. Não é permitido nenhum uso, distribuição ou reprodução que não esteja em conformidade com estes termos.