A termoclina (por vezes metalimnion em lagos) é uma camada fina mas distinta numa grande massa de fluido (por exemplo, água, como um oceano ou lago, ou ar, como uma atmosfera) na qual a temperatura muda mais rapidamente com a profundidade do que nas camadas acima ou abaixo. No oceano, a termoclina pode ser pensada como um cobertor invisível que separa a camada mista superior das águas profundas e calmas abaixo.As termoclinas podem ser uma caraterística semi-permanente da massa de água em que ocorrem ou podem formar-se temporariamente em resposta a fenómenos como o aquecimento/arrefecimento radiativo da água superficial durante o dia/noite. Os factores que afectam a profundidade e espessura de uma termoclina incluem variações climáticas sazonais, latitude e ambiente localcondições, como as marés e as correntes.
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Oceanos
Para a utilização das termoclinas oceânicas para gerar energia, ver Conversão da energia térmica dos oceanos.
Gráfico que mostra uma termoclina de um oceano tropical (profundidade vs. temperatura). Note a rápida mudança entre 100 e 1000 metros. A temperatura é quase constante após 1500 metros de profundidade.
A maior parte da energia térmica da luz solar é absorvida nos primeiros centímetros da superfície do oceano, que aquece durante o dia e arrefece durante a noite, à medida que a energia térmica é perdida para o espaço por radiação. As ondas misturam a água perto da camada superficial e distribuem o calor para as águas mais profundas, de tal forma que a temperatura pode ser relativamente uniforme nos 100 m superiores (300 pés), dependendo da força das ondas e da existência deAbaixo desta camada mista, a temperatura mantém-se relativamente estável ao longo dos ciclos dia/noite. A temperatura do oceano profundo desce gradualmente com a profundidade. Como a água salgada não congela até atingir -2,3 °C (mais fria à medida que a profundidade e a pressão aumentam), a temperatura bem abaixo da superfície não está normalmente longe dos zero graus [1].
A termoclina varia em profundidade. É semi-permanente nos trópicos, variável nas regiões temperadas (frequentemente mais profunda durante o verão) e pouco profunda ou inexistente nas regiões polares, onde a coluna de água é fria desde a superfície até ao fundo. Uma camada de gelo marinho actuará como um cobertor isolante.
No oceano aberto, a termoclina é caracterizada por um gradiente negativo de velocidade do som, o que a torna importante na guerra submarina, uma vez que pode refletir o sonar ativo e outros sinais acústicos. Tecnicamente, este efeito resulta de uma descontinuidade na impedância acústica da água criada pela mudança súbita de densidade.
Quando se mergulha, pode por vezes observar-se uma termoclina, em que a temperatura da água desce alguns graus Celsius de forma repentina, entre duas massas de água, por exemplo, quando a água mais fria da ressurgência corre para uma camada superficial de água mais quente.Estes mesmos schlieren podem ser observados quando o ar quente se eleva do asfalto dos aeroportos ou das estradas do deserto e é a causa das miragens.
Outras massas de água
As termoclinas também podem ser observadas em lagos. Em climas mais frios, isto leva a um fenómeno chamado estratificação. Durante o verão, a água quente, que é menos densa, fica sobre a água mais fria, mais densa e mais profunda, com uma termoclina a separá-las. A camada quente é chamada epilimnion e a camada fria é chamada hipolimnion. Como a água quente está exposta ao sol durante o dia, umaExiste um sistema estável e ocorre muito pouca mistura de água quente e água fria, particularmente em tempo calmo.
Um dos resultados desta estabilidade é que, à medida que o verão avança, há cada vez menos oxigénio abaixo da termoclina, uma vez que a água abaixo da termoclina nunca circula para a superfície e os organismos na água esgotam o oxigénio disponível. À medida que o inverno se aproxima, a temperatura da água de superfície desce, uma vez que o arrefecimento noturno domina a transferência de calor.O arrefecimento das águas superficiais torna-se maior do que a densidade das águas profundas e inicia-se o revolvimento, uma vez que as águas superficiais densas se deslocam para baixo sob a influência da gravidade. Este processo é auxiliado pelo vento ou por qualquer outro processo (correntes, por exemplo) que agite a água. Este efeito também ocorre nas águas do Ártico e da Antárctida, trazendo à superfície água que, embora pobre em oxigénio, é mais rica emEste enriquecimento de nutrientes superficiais pode produzir florescimentos de fitoplâncton, tornando estas zonas produtivas.
À medida que a temperatura continua a descer, a água à superfície pode ficar suficientemente fria para congelar e o lago/oceano começa a gelar. Desenvolve-se uma nova termoclina em que a água mais densa (4 °C) desce para o fundo e a água menos densa (água que se aproxima do ponto de congelação) sobe para o topo."rotação primaveril", que ocorre após a fusão do gelo e o aumento da temperatura da água à superfície para 4 °C. Durante esta transição, pode desenvolver-se uma barra térmica.
As ondas podem ocorrer na termoclina, fazendo com que a profundidade da termoclina, medida num único local, oscile (geralmente como uma forma de seiche). Alternativamente, as ondas podem ser induzidas pelo fluxo sobre um fundo elevado, produzindo uma onda termoclina que não muda com o tempo, mas varia em profundidade à medida que se move para dentro ou contra o fluxo.
Atmosfera
A baixa atmosfera também contém tipicamente uma fronteira entre duas regiões distintas (a troposfera e a estratosfera), mas essa fronteira (a tropopausa) apresenta um comportamento bastante diferente. No entanto, as termoclinas atmosféricas, ou inversões O ar mais frio encontra-se junto ao solo, com a temperatura do ar a aumentar com a altura. No topo desta camada limite nocturna (que pode ter apenas uma centena de metros), o perfil normal de temperatura adiabática da troposfera (ou seja, a temperatura diminui com a altitude) é novamenteA termoclina ou camada de inversão ocorre quando o perfil de temperatura muda de positivo para negativo com o aumento da altura. A estabilidade da inversão nocturna é normalmente destruída logo após o nascer do sol, uma vez que a energia solar aquece o solo, o que aquece o ar na camada de inversão. O ar mais quente e menos denso sobe então, destruindo a estabilidade que caracteriza a inversão nocturna.inversão.
Este fenómeno foi aplicado pela primeira vez no domínio do estudo da poluição sonora na década de 1960, contribuindo para a conceção de auto-estradas urbanas e de barreiras acústicas[2].
Referências
- ^ "Temperatura da água do oceano". UCAR. Recuperado em 09/05/2008.
- ^ Hogan, C. Michael (setembro de 1973). "Análise do ruído nas auto-estradas". Poluição da água, do ar e dos solos 2 (3): 387-392. doi:10.1007/BF00159677.
Ligações externas
- "Temperature of Ocean Water", University Corporation for Atmospheric Research, Universidade de Michigan.