Ondas no oceano

Autores: João Antonio C. Veloso, Nicholas Negreiros, Thais R. Semprebom, Raphaela A. Duarte Silveira e Douglas F. Peiró



Fotografia de uma onda azul quebrando fortemente em uma costa gerando espuma branca.

Arrebentação de uma onda próxima à costa. Fonte: Tony Hisgett/Flickr (CC BY 2.0).



O oceano, como o maior reservatório de água do mundo, nunca esteve parado. Pelo contrário, ele sempre foi dinâmico, tanto em zonas profundas quanto em sua superfície, em decorrência das ações dos ventos, que geram correntes marítimas e inúmeras ondas. Mas como essas ondas se comportam no ambiente e como elas podem ser classificadas? Vamos entender um pouco dessas perturbações no meio marinho.



INICIALMENTE: O QUE É UMA ONDA?


Ondas são perturbações, movimentos no ambiente que transportam energia e, em nossas vidas, há inúmeros exemplos: o som, a própria luz (que também se comporta como partícula) e as ondas oceânicas. Apesar da dificuldade de entendermos integralmente o comportamento das ondas no oceano, algumas características estão bem estabelecidas pelo seu conceito original (uma perturbação em um meio), que se refletem na água do mar.


Ilustração esquemática de uma onda, uma oscilação de cima para baixo na superfície da água,  com pontos pretos para destacar o Vale e a Crista e um destaque vermelho para as características estabelecidas: Declive, Amplitude, Altura e Comprimento.

Características de um modelo clássico de onda e suas variáveis. Fonte: elaborado por © 2020 João Antonio C. Veloso.



A altura da onda (H) se refere à distância vertical entre a crista e o vale. Com ela, pode ser obtida a altura significativa de um grupo de ondas por uma análise estatística, uma definição importante em estudos de erosão de costa e gerenciamento de portos. Pela altura significativa é possível modelar um cenário onde as maiores ondas atuam no ambiente. A altura da onda equivale ao dobro da amplitude (a).


O comprimento de onda (L) é a distância entre dois vales ou duas cristas sucessivas. O declive (H/L) ou a ‘’esbeltez’’ da onda é a razão entre a sua altura e seu comprimento e está associado com a sua arrebentação. Quando a onda toca o fundo, ao se aproximar do continente, ocorre atrito entre o movimento da onda e o fundo marinho, aumentando o declive e podendo ultrapassar o valor limite de 1/7 onde a onda rebenta. O intervalo de tempo medido em segundos entre dois vales ou duas cristas sucessivas passando por um ponto fixo é chamado de período (T). A quantidade de cristas ou vales que passam por um ponto fixo a cada segundo é chamada de frequência (f).



MOVIMENTO DAS ONDAS


O movimento das ondas no meio do oceano é circular diminuindo progressivamente da superfície ao fundo até cessar a atuação da onda. Se colocássemos algum objeto no meio do oceano ele se movimentaria em círculos, mas não iria sair do local onde foi deixado, pois as ondas em mar aberto propagam apenas energia e não movimentam corpos.


Mas e quando não é mar aberto?


Quando as ondas alcançam uma costa elas alteram seu movimento circular para um movimento elipsóide. Isso ocorre quando os movimentos circulares da onda de fundo encontram o fundo marinho dissipando energia e tornando-se círculos ‘’achatados’’.


Ilustração do movimento das ondas em duas situações. A primeira mostra o movimento circular de uma partícula azul escura no oceano com círculos vermelhos maiores na superfície diminuindo de tamanho em direção ao fundo representando o movimento. A segunda mostra o movimento elipsoide de uma partícula azul em águas rasas quando a onda ''sente'' o fundo com os círculos vermelhos ''achatados''.

Movimento de uma partícula (ponto azul) seguindo uma direção (1) entre cristas (2) e vales (3) em mar aberto (A) e ao encontrar uma costa com região rasa (B). Fonte: MikeRun/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0).



TIPOS DE ONDAS


As ondas que se propagam pelos mares são chamadas de ondas de superfície e a maioria ocorre na interface entre a atmosfera e o oceano, pelos ventos que sopram a água do mar. Porém o vento não é a única força que gera ondas. Por exemplo, as marés são ondas globais formadas pela influência gravitacional do Sol e da Lua, com períodos entre 6 a 24 h.


A perturbação que gera uma onda faz com que as partículas de água saiam de um estado de equilíbrio para um estado oscilatório. Para voltar ao estado de equilíbrio, surge uma força restauradora, que atua como um freio para a oscilação. A atuação da força restauradora em conjunto com a oscilação é o que estabelece o movimento das ondas. No caso das ondas de superfície, há duas forças restauradoras:

  • a gravidade exercida pela Terra;

  • a tensão superficial da água, que é a tendência das moléculas de água se agruparem, dando um aspecto de elasticidade para a superfície da água (quando a água se ‘’estica’’, a tensão superficial agrupa as moléculas, ‘’puxando’’ a água de volta ao seu estado inicial).


Ondas com comprimento menor que 1,7 cm possuem como força restauradora a tensão superficial da água. Essas ondas são chamadas de ondas capilares e podem dificultar a leitura de imagens de satélite.


Fotografia da superfície do mar com ondas capilares: pequenas ondulações que causam um aspecto de rugosidade.

Ondas capilares na superfície do mar. Fonte: Dmitry Makeev/Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0).



As ondas de gravidade são as que sofrem ação da gravidade como força restauradora e constituem a maior parte das ondas de superfície. Além disso, ondas de gravidade também podem ser geradas dentro do oceano, entre duas camadas de água com diferentes densidades ou em um gradiente brusco de densidade (picnoclina). Neste caso, essas são as ondas internas, que desempenham um papel importante como fonte de nutrientes para organismos em águas profundas, por meio de uma mistura de águas, especialmente quando se quebram.


Fotografia espacial da costa norte de Trindade e Tobago com muitas nuvens sobre o continente e uma sequência de ondas internas em direção a costa na plataforma continental da ilha.

Grupo de ondas internas na plataforma continental de Trindade e Tobago. Fonte: NASA (CC0).


Imagem contendo uma tabela de classificação geral de ondas. Na primeira linha há os parâmetros: Tipo de onda, Período, Força Geradora, Força Restauradora, respectivamente. O restante da tabela menciona a classificação das ondas seguindo a ordem dos parâmetros: Ondas capilares - Menos que 1 segundo - Ventos - Tensão Superficial; Ondas geradas por vento - 1 segundo até 5 minutos - Ventos - Gravidade; Seiches e Ressacas - 30 segundos até 8 horas - Ventos - Gravidade; Tsunamis - 20 a 30 minutos - Atividades Sísmicas - Gravidade; Marés - 6 ou 12 ou 24 horas - Interação Gravitacional Terra-Sol-Lua - Gravidade.

Classificação de ondas de acordo com período, força geradora e força restauradora. Fonte: elaborado por © 2020 João Antonio C. Veloso.



As ondas que ocorrem no oceano são de extrema importância para a compreensão dos ambientes marinhos e seus movimentos, por isso é necessário um entendimento básico acerca de sua natureza. Contudo, não se sacie apenas com este texto, pois esse assunto é muito extenso e complexo, já que as ondas não interagem sozinhas no ambiente, mas em conjunto com correntes marítimas, marés e diversos fenômenos meteorológicos.




Bibliografia


MUNK, W. H. Origin and generation of waves. Coastal Engineering Proceedings, [S.I.], v. 1, n. 1, p. 1-4, 2010. Coastal Engineering Research Council. http://dx.doi.org/10.9753/icce.v1.1. Disponível em: https://icce-ojs-tamu.tdl.org/icce/index.php/icce/article/view/904. Acesso em: 06 nov. 2020.


NAKAMURA, T.; ISODA, Y.; MITSUDERA, H.; TAKAGI, S. e NAGASAWA, M.. Breaking of unsteady lee waves generated by diurnal tides. Geophysical Research Letters, [S.I.], v. 37, n. 4, p. 1-5, 2010. American Geophysical Union (AGU).