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Pela primeira vez, pesquisadores do Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego lideraram uma equipe internacional que mediu diretamente a ressurgência de águas frias e profundas por meio de mistura turbulenta ao longo da encosta de um desfiladeiro submarino no Oceano Atlântico.
O ritmo de ressurgência observado pelos pesquisadores foi mais de 10.000 vezes maior que a taxa média global prevista pelo renomado oceanógrafo Walter Munk na década de 1960.
Os resultados aparecem em um novo estudo liderado pela bolsista de pós-doutorado da Scripps, Bethan Wynne-Cattanach, e publicado hoje no periódico Nature. As descobertas começam a desvendar um mistério incômodo na oceanografia e podem eventualmente ajudar a melhorar a capacidade da humanidade de prever as mudanças climáticas. A pesquisa foi apoiada por bolsas do Natural Environment Research Council e da National Science Foundation.
O mundo como o conhecemos requer circulação oceânica em larga escala, frequentemente chamada de circulação de correia transportadora, na qual a água do mar se torna fria e densa perto dos polos, afunda nas profundezas e, eventualmente, sobe de volta à superfície, onde se aquece, iniciando o ciclo novamente. Esses padrões amplos mantêm uma rotatividade de calor, nutrientes e carbono que sustenta o clima global, os ecossistemas marinhos e a capacidade do oceano de mitigar as mudanças climáticas causadas pelo homem.
Apesar da importância da correia transportadora, no entanto, um componente dela conhecido como circulação de reviravolta meridional (MOC) provou ser difícil de observar. Em particular, o retorno de água fria do oceano profundo para a superfície por meio de ressurgência foi teorizado e inferido, mas nunca medido diretamente.
Em 1966, Munk calculou um ritmo médio global de ressurgência usando a taxa de formação de águas frias e profundas perto da Antártica. Ele estimou a velocidade da ressurgência em um centímetro por dia. O volume de água transportado por esta taxa de ressurgência seria enorme, disse Matthew Alford, professor de oceanografia física no Scripps e autor sénior do estudo, “mas espalhado por todo o oceano global, esse fluxo é demasiado lento para ser medido diretamente. “
Munk propôs que essa ressurgência ocorreu por meio de mistura turbulenta causada pela quebra de ondas internas sob a superfície do oceano. Cerca de 25 anos atrás, medições começaram a revelar que a turbulência submarina era maior perto do fundo do mar, mas isso apresentou aos oceanógrafos um paradoxo, disse Alford.
Se a turbulência for mais forte perto do fundo, onde a água é mais fria, então uma determinada parcela de água sofreria uma mistura mais forte abaixo dela, onde a água é mais fria. Isto teria o efeito de tornar as águas do fundo ainda mais frias e densas, empurrando a água para baixo em vez de elevá-la em direção à superfície. Esta previsão teórica, desde que confirmada por medições, parece contradizer o facto observado de que o oceano profundo não se encheu simplesmente com a água fria e densa formada nos pólos.
Em 2016, investigadores como Raffaele Ferrari, oceanógrafo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e coautor do presente estudo, propuseram uma nova teoria que tinha o potencial de resolver este paradoxo. A ideia era que encostas íngremes no fundo do mar, em locais como as paredes de desfiladeiros subaquáticos, poderiam produzir o tipo certo de turbulência para causar ressurgência.
Wynne-Cattanach, Alford e seus colaboradores partiram para ver se conseguiam observar diretamente esse fenômeno conduzindo um experimento no mar com a ajuda de um barril de um corante verde fluorescente não tóxico chamado fluoresceína. A partir de 2021, os pesquisadores visitaram um cânion submarino de aproximadamente 2.000 metros de profundidade em Rockall Trough, cerca de 370 quilômetros (230 milhas) a noroeste da Irlanda.
“Selecionamos este cânion entre os cerca de 9.500 que conhecemos nos oceanos porque este local é bem comum em relação aos cânions de águas profundas”, disse Alford. “A ideia era que ele fosse o mais típico possível para tornar nossos resultados mais generalizáveis.”
Flutuando acima do desfiladeiro submarino em um navio de pesquisa, a equipe baixou um tambor de 55 galões de fluoresceína a 10 metros (32,8 pés) acima do fundo do mar e então acionou remotamente a liberação do corante.
Então a equipe rastreou o corante por dois dias e meio até que ele se dissipou usando vários instrumentos adaptados internamente na Scripps para as demandas do experimento. Os pesquisadores conseguiram rastrear o movimento do corante em alta resolução movendo lentamente o navio para cima e para baixo na encosta do cânion. As principais medições vieram de dispositivos chamados fluorômetros que são capazes de detectar a presença de pequenas quantidades do corante fluorescente — até menos de 1 parte por bilhão — mas outros instrumentos também mediram mudanças na temperatura da água e turbulência.
O rastreamento dos movimentos do corante revelou a ressurgência impulsionada pela turbulência ao longo da encosta do cânion, confirmando a resolução proposta pela Ferrari do paradoxo com observações diretas pela primeira vez. A equipe não apenas mediu a ressurgência ao longo da encosta do cânion, como essa ressurgência foi muito mais rápida do que os cálculos de Munk de 1966 previram.
Enquanto Munk inferiu uma média global de um centímetro por dia, medições em Rockall Trough encontraram ressurgência procedendo a 100 metros por dia. Além disso, a equipe observou um pouco de corante migrando para longe da encosta do cânion e em direção ao seu interior, sugerindo que a física da ressurgência turbulenta era mais complexa do que Ferrari teorizou originalmente.
“Observamos uma ressurgência que nunca foi medida diretamente antes”, disse Wynne-Cattanach. “A taxa dessa ressurgência também é muito rápida, o que, junto com medições de ressurgência em outros lugares dos oceanos, sugere que há pontos críticos de ressurgência.”
Alford chamou as descobertas do estudo de “um apelo às armas para que a comunidade da oceanografia física entenda muito melhor a turbulência oceânica”.
Wynne-Cattanach disse que foi uma grande honra para ela, como estudante de pós-graduação, liderar um projeto que representa o ápice de décadas de trabalho de cientistas de todo o campo com pesquisadores tão proeminentes como colaboradores. Com base nas descobertas preliminares da equipe, Wynne-Cattanach se tornou a primeira aluna a ser convidada para falar na Gordon Research Conference on Ocean Mixing em 2022.
O próximo passo será testar se há ressurgência semelhante em outros cânions submarinos ao redor do mundo. Dadas as características banais do cânion, Alford disse que parece razoável esperar que o fenômeno seja relativamente comum.
Se os resultados forem verdadeiros em outros lugares, Alford disse que as simulações climáticas globais precisarão começar a contabilizar explicitamente esse tipo de ressurgência causada por turbulência em características topográficas do fundo do oceano. “Este trabalho é o primeiro passo para adicionar a física oceânica ausente aos nossos modelos climáticos que, em última análise, melhorarão a capacidade desses modelos de prever as mudanças climáticas”, disse ele.
O caminho para melhorar a compreensão científica da turbulência oceânica é duplo, de acordo com Alford. Primeiro, “precisamos fazer mais experimentos de alta tecnologia e alta resolução como este em partes importantes do oceano para compreender melhor os processos físicos”. Em segundo lugar, disse ele, “precisamos medir a turbulência em tantos lugares diferentes quanto possível com instrumentos autônomos como os flutuadores Argo”.
Os pesquisadores já estão conduzindo um experimento semelhante de liberação de corante na costa do campus de Scripps, no cânion submarino de La Jolla.
Além de Wynne-Cattanach, Alford e Ferrari, Nicole Couto, Arnaud Le Boyer e Gunnar Voet da Scripps; Henri Drake da Universidade da Califórnia em Irvine, Herlé Mercier Ifremer do Centre de Bretagne, Marie-José Messias da Universidade de Exeter, Xiaozhou Ruan da Universidade de Boston, Carl Spingys do Centro Nacional de Oceanografia do Reino Unido, Hans van Haren do Instituto Real Holandês de Pesquisa Marinha, Kurt Polzin da Instituição Oceanográfica Woods Hole e Alberto Naveira Garabato da Universidade de Southampton e do Centro Nacional de Oceanografia foram coautores do estudo.
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