Oceanografie

joi, 2 septembrie 2021

Restanțe/Măriri GMO si GMN

Restanțele și măririle la Geografia mărilor și oceanelor și Geografia Mării Negre vor avea loc pe data de 10 septembrie, ora 10.

Subiectele vor fi publicate aici, iar examenul se va desfășura similar cu cele anterioare.

Am rugămintea de a vă înscrie în tabelul de mai jos în aceste zile. Studenții care sunt acum în anul II/III, trebuie să precizeze în tabel atât grupa actuală cât și cea din anul I.

Tabel

joi, 1 octombrie 2020

Mareele sunt mișcări pe verticală ale apei din oceane sau ale Atmosferei, datorită forței de atracție gravitațională exercitată de Lună și Soare. Se pare că există chiar și o influență mareică la nivelul Litosferei, dar amplitudinea acestor mișcări este una redusă. Se pune firesc întrebarea dacă influența gravitațională exercitată de cele două corpuri cerești a fost definitorie în evoluția vieții pe Pământ? Răspunsul este unul afirmativ, iar importanța mareelor a fost decisivă. Luna s-a format în urma unui impact al unui alt corp ceresc cu Terra, eveniment petrecut acum 4,2 mld ani. Aunci, o parte din mantaua magmatică a Pământului s-a desprins, și împreuna cu fragmentele rezultate în urma exploziei, au fost aruncate pe orbita terestră. Inițial, satelitul nostru s-ar fi aflat mult mai aproape de noi, iar imaginea sa ar fi arătat de 10-20 de ori mai mare, ceea ce înseamnă că și mareele produse ar fi fost de câțiva kilometrii, iar magma neconsolidată era deplasată pe distanțe uriașe. Configurația generală a întregului Ocean Planetar se pare că s-a definitivat tocmai sub influența exercitată de aceste maree primare. Bernard Foing, părintele misiunii spațiale SMART-1, și cercetător în cadrul Agenției Spațiale Europene (ESA) arată că influența satelitului nostru este resimțită chiar la nivelul unor fenomene cum ar fi El-Nino. Dacă brusc Luna ar dispărea s-ar produce o redistribuire a apei la nivelul întregului Ocean Planetar, cu deplasări impresionante de volume de apă dintr-o zonă către alta. Cunoașterea acestei topografii dinamice a nivelului din mări și oceane s-a realizat începând din 1992, prin lansarea misiunii Topex/Poseidon. Acest proiect colaborativ americano-francez, a permis o măsurare a variațiilor de nivel cu o precizie centimetrică. Din anul 2001 un nou satelit botezat Jason-1 (Iason din mitologia greacă, cel care a plecat în căutarea lânii de aur) a completat în tandem misiunea anterioară pe o durată de trei ani, iar ulterior a înlocuit informația furnizată de Topex/Poseidon. Din anul 2008 un nou satelit Jason-2 a fost lansat, având acelai scop: cunoașterea variațiilor de nivel din cadrul Oceanului Planetar. Anul 2013 va aduce lansarea unui nou instrument de altimetrie radar, la bordul satelitului Jason-3.

Distribuția în timp a misiunilor satelitare Topex/Poseidon – Jason (Credits NASA)

Caracteristici generale. Primele mărturii scrise ale mareelor îi aparțin lui Herodot din Halicarnas (484-425 î.Hr), dar o teorie generală care să încerce explicarea mareelor se va produce mult mai târziu. Marchizul de Laplace, pe numele său Pierre Simon (1749-1827), a fost un matematician francez care a sugerat o terorie dinamică, în care mareele sunt determinate de forțe astronomice. Ceva mai târziu, Sir William Thomson (1824-1907) a dezvoltat o metodă de analiză armonică pentru explicarea oscilațiilor mareice. El este și creatorul primului instrument de predicție a mareelor (C. Reid Nichols, Robert G. Williams: Encyclopedia of Marine Science).

Primul instrument de predicție a mareelor, construi de către Sir William Thomson. În prezent acesta se găsește la Science Museum din Londra (Foto Creative Commons Attribution ShareAlike 3.0.)

Mareele sunt valuri cu lungime mare (jumătate din circumferința Pământului), atât progresive cât și staționare, datorate forței de atracție gravitaționale existente între Pământ, Lună și Soare. Forța centrifugă completează întregul proces. Creasta valului mareic este nivelul maxim, iar șanțul reprezintă nivelul minim. Perioada valurilor mareice este de 12h 25min, adică jumătate din ziua lunară de 24h 50min. Forța Coriolis are un rol important în transmiterea direcției acestor valuri, la care se adaugă neuniformitatea adâncimilor și procesele de frecare existente la nivelul coastelor sau al fundului mării.

Așa cum a fost definită de Isaac Newton, forța de atracție gravitațională dintre două corpuri este direct proporțională cu produsul maselor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

unde G este constanta gravitațională (6,67 x 1011 N m2/kg2), iar m1 și m2 masele celor două corpuri, iar r distanța dintre acestea măsurată din centrul obiectelor.

Chiar dacă masa Soarelui este mai mare, influența mareică asupra Pământului va fi de doar 46% din cea exercitată de Lună, datorită distanței mult mai mari dintre acesta și Pământ. În urma mișcării de rotație în jurul propriei axe apare o forță centrifugă care balansează forța gravitațională dintre două corpuri. Din acest motiv cele două planete nu se resping sau nu se prăbușesc una în cealaltă. Perioada de revoluție a Lunii în jurul Terrei se face într-un interval de 27 zile 7 ore 43 minute 11,5 s, proces cunoscut și sub denumirea de revoluția siderală a Lunii. Dar această deplasare, întotdeauna constantă, nu este egală cu revoluția Lunii în jurul Soarelui. Mișcarea respectivă poartă denumirea de revoluție sinodică și se realizează într-un interval mediu de 29,53 de zile. Față de această valoare există variații de câteva ore, cu o influență directă asupra producerii mareelor.

Pozițiile extreme ale Soarelui și Lunii față de Pământ pot fi în același plan (conjucție/opoziție) sau la un unghi de 90 (cvadratură).

Din cuvântul Syzygos (grec.) a derivat syzygia (lat.) care înseamnă conjuncție. Sensul cuvântului în astronomie indică două corpuri care prezintă la un moment dat aceiași longitudine cerească. Prin extindere, se înțelege o maree de sizigie ca fiind produsă atunci când forțele de atracție ale Soarelui și Lunii se însumează, deorece acestea se află aliniate de aceiași parte a Pământului (conjuncție) sau de o parte și de alta a acestuia (opoziție). Mareea rezultată va avea valori maxime, fiind cunoscută și sub denumirea de maree de primăvară. Nu există nicio legătură între producerea acestor fenomene și anotimpul de primăvară, în limba engleză substantivul spring având și sensul de săritură sau salt. Expresia springs up era folosită pentru a indica o creștere peste un nivel obișnuit, de aici ajungându-se la utilizarea termenului în oceanografie.

O poziționare a sistemului Soare-Lună la un unghi de 90 de grade față de Pământ, va determina o reducere a forțelor de atracție, mareea rezultată fiind cunoscută sub denumirea de maree de cvadratură (neap tide în engl.)

O maree de sizigie, chiar dacă se înregistrează de 2 ori pe lună, va atinge cel mai ridicat nivel anual în timpul echinocțiilor (de primăvară și de toamnă). Producerea acestora diferă de la un an la altul, cel de primăvară având loc între 20-21 Martie, iar cel de toamnă între 22-23 Septembrie. Pentru cunoașterea cu precizie a orelor de producere se pot consulta calendare astronomice. Echinocțiile sunt punctele de intersecție dintre ecliptică și ecuatorul ceresc, acestea fiind cunoscute ca punct vernal și respectiv autumnal. În acele momente va apare o maree de sizigie cu valoare maximă într-un an. Mișcarea corpurilor cerești este însă mult mai complicată, în afara acestor ciclicități anuale existând oscilații datorate orbitei lunare la intervale de 18,6 ani. Maxime de acest gen s-au observat în depozitele din laguna Veneției în: Iunie 1950, Februarie 1969, Octombrie 1987. Alte cicluri atronomice au fost semnalate cu maxime în anii 1745 și 1922 (Bird, 2000).

Tipuri de maree (prelucrare după NOAA, Our Restless Tides)

Luna produce maree semidiurne, caracterizate prin 2 maxime și 2 minime, într-un interval de 24h 50min. Soarele determină maree diurne, cu un maxim și un minim, în 24h. Acțiunea conjugată a celor două corpuri va duce la apariția mareelor mixte, caracterizate prin valori inegale ale nivelelor maxime și minime.

Amplitudinea mareelor: diferența exprimată în metri sau picioare, dintre nivelul maxim și cel minim.

Altitudinea maximă înregistrată la flux poartă denumirea de nivel ridicat sau înalt al mării, în timp ce altitudinea minimă atinsă la reflux reprezintă apele joase. În literatura de specialitate engleză se folosește prescurtarea HT (High Tide) și LT (Low tide).

Distribuţia principalelor tipuri de maree

Valul mareic se rotește în jurul unor puncte fără oscilații pe verticală, numite puncte amfidromice. Deplasarea se realizează în jurul acestor puncte în sens antiorar în Emisfera Nordică și orar în cea Sudică.

Distribuția punctelor amfidromice în Oceanul Planetar (linii de culoare albă). Pe fundal este o hartă a variațiilor de nivel din cadrul Oceanului Planetar. Credits Legos/CNR

Influența mareelor asupra proceselor costiere.

Tipul mareelor va determina intervalul de expunere al sectorului intermareic la procese subaeriene. Pentru un țărm afectat de un regim semidiurn, succesiunea perioadelor de umezire/uscare va fi mai redusă față de un țărm cu maree diurnă. Perioada de retragere a apelor va fi în primul caz mai redusă, iar vitezele curenților mareici vor fi mai mari, de aici inducându-se o caracteristică aparte a proceselor geomorfologice. O viteză mai mare o vor avea curenții din perioada mareelor de sizigie, în comparație cu cei specifici mareelor de cvadratură, din acest motiv putându-se face o nouă diferențiere la nivelul intensității proceselor geomorfologice. Atunci când influența acestor curenți este majoră în morfologia unui sector de țărm, acesta primește denumirea de țărm dominant mareic (tide-dominated).

Influența mareelor asupra deltelor. Amplitudinea mareelor și viteza curenților specifici vor constitui factori importanți în transportul sedimentelor spre larg, la care se adaugă acțiunea conjugată a driftului de țărm pentru o redistribuire a sedimentelor în lungul coastelor. Deltele dominate mareic au canalele de scurgere suprapuse celor mareice, lățimea acestora crescând din amonte către aval (fig….) Cele mai importante delte dominate mareic sunt: Gange-Brahmaputra, Fly (Papua Noua Guinee), Colorado etc.

Imagine Landsat a unei guri de vărsare dominată mareic (delta Fly River, Papua Noua Guinee)

Înaintarea curenților mareici în golfuri sau estuare se va face cu o creștere a nivelului peste cea din larg, fenomen direct proporțional cu lungimea sectorului afectat. Deplasarea curenților mareici se poate face pe distanțe de ordinul zecilor de kilometrii, ca în cazul deltelor sud-asiatice, sau poate atinge valori de ordinul sutelor de kilometrii, situație specifică Amazonului. În G. Fundy, valoarea amplitudinilor este maximă pe glob (17,6m), fiind înregistrată în extremitatea golfului. Lungimea mare a acestuia și adâncimile reduse contribuie la amplificarea fenomenului mareic.

7. Curenţii oceanici (I)

În orele anterioare am învăţat cât de importantă este structura moleculară a apei de mare în determinarea principalelor caracteristici fizico-chimice ale Oceanului Planetar. De asemeni, am remarcat rolul temperaturii şi al salinităţii în stabilirea densităţii apelor. Diferenţele apărute între aceşti parametrii pot determina şi o deplasare a maselor de apă, la care se mai adaugă un alt factor determinant: Atmosfera. Ca răspuns la variabilitatea condiţiilor atmosferice locale se pot forma curenţi care deplasează apa în lungul ţărmurilor sau dinspre plaje către larg. O imagine la nivel global ne indică modul în care încălzirea diferită a apelor (tropice vs. zonele polare) determină o circulaţie generală pentru întreg Oceanul Planetar. În continuare vom discuta natura acestor schimbări, precum şi diferenţierile de ordin local specifice fiecărui bazin în parte.

Încă din Antichitate se cunoşteau particularităţile circulaţie costiere de către populaţiile care efectuau o navigaţie de cabotaj. Deplasarea în plan orizontal a maselor de apă reprezenta un real ajutor în parcurgerea unor vaste întinderi pe ocean. Descopeririele geografice ulterioare au îmbogăţit gradul de cunoaştere asupra circulaţiei apelor, dar prima viziune globală o datorăm lui Matthew Fountaine Maury.

Matthew F. Maury (1806-1873)

În 1855 Maury publică The Physical Geography of the Sea. Întreaga lucrare poate fi consultată sau descărcată (*.pdf) lpe site-ul NOAA.

Circulaţia generală se produce în câteva celule uriaşe (gyres). În fiecare ocean există două sisteme specifice regiunilor subtropicale (în jur de 30 gr. lat. N/S) şi celule de dimensiuni mai mici întâlnite în regiunile oceanice subpolare (centrate pe valoarea de 50 gr. lat.).

Celulele principale ale circulaţiei oceanice.

Fiecare celulă poate fi delimitată de patru ramuri principale: curenţi de limită vestică/estică şi curenţi care se deplasează pe direcţii est <--> vest. O altă clasificare ar presupune existenţa a doi curenţi de larg şi a doi curenţi de limită costieră. Mişcarea generală este una complicată de prezenţa neuniformă a uscatului în cele 2 emisfere şi de efectul Coriolis. Cauzată de mişcare de rotaţie a Pământului, această mişcare va duce la o deplasare spre dreapta (Em. N.) şi spre stânga (Em. S.) a apelor de suprafaţă.

Credits image

Schimbarea de direcţie va fi nulă dacă obiectul se deplasează în lungul ecuatorului şi maximă la poli. Cu cât viteza de deplasare va fi mai mare cu atât devierea spre dreapta/stanga va creşte.

Curentul Pacificului de Nord sau curenţii ecuatoriali de Nord şi Sud se deplasează cu viteze de 3-6 km/zi şi se extind până la 100-200m în adâncime. Masele de apă deplasate rămân în aceiaşi zonă climatică pentru o perioadă lungă, de câteva luni, motiv pentru care există timpul necesar echilibrării cu condiţiile locale.

Dr. Michael Pidwirny (see http://www.physicalgeography.net), Public domain, via Wikimedia Commons

Curenţi de limită vestică se deplasează în general către N (în Em. N.) şi spre S (în Em. S), transportând volume impresionante de apă. Cei mai mari curenţi din oceane apar în aceste cazuri, fiind reprezentaţi de către Gulf Stream şi Kuroshivo. Vitezele ridicate (40-120 km/zi) şi adâncimea de penetrare mai mare (1000m) fac ca aceşti curenţi să reprezinte uriaşe fluvii care se deplasează în cadrul oceanului. Vitezele mari de deplasare duc la un transfer de căldură către latitudini superioare, cu intensificări mai mari în Emisfera Nordică. Acest lucru se datorează prezenţei ridicate a suprafeţelor continentale, care complică circulaţia. Curentul Braziliei sau Curentul Australiei de Est transportă volume de apă mai reduse în comparaţie cu cei similari din Emisfera Nordică (Gulf Stream şi Kuroshivo).

Curenţii de limită estică au orientări nord-sud, viteze de 3-7 km/zi şi lăţime mai redusă ca cei vestici. Ei sunt responsabili de advecţia maselor de apă rece către latitudini joase (Curentul Californiei, Curentul Peru, Curentul Benguelei, Curentul Canarelor sau Australiei de Vest).

Curenţii orientaţi est <--> vest sunt responsabili de închiderea celulelor de circulaţie, precum şi de transferul apelor dintr-o celulă în alta. Din aceştia se desfac ramuri spre N şi S, de racordare cu marile sisteme de circulaţie.

Oceanul Atlantic. Păstrează modelul general, cu 2 sisteme majore, unul în Atlanticul de Nord, al doilea în cel de Sud, racordate prin Curentul Guineei. Curentul Ecuatorial de Nord se extinde între 15-20 gr. lat., ulterior el se continuă cu cel al Antilelor, iar după confluenţa cu cel Floridei se dezvoltă Gulf Stream-ul. Deriva nord-atlantică sau curentul Atlanticului de Nord reprezintă prelungirea sa către coastele vestice ale Europei. Traseul poate fi meandrat, ca în cazul Curentului Golfului, cu gradienţi termici de până la 10 gr. C. Mişcarea este deosebit de complexă, fiind vorba de deplasarea unui fluid în cadrul altuia. Tehnicile moderne de teledetecţie au adus noi informaţii legate de traseul acestor curenţi, diferenţierile fiind bine observate în benzi termice.

Traseul Curentului Golfului cu meandrele şi inelele specifice, observate pe baza imaginilor satelitare.

În afara circulaţiei generale există o serie de celule locale de dimensiuni mai mici, numeroase în Atlanticul de Nord. Ele au loc în cadrul a două compartimente distincte (între Pen. Scandinavă şi Groenlanda şi între Groenlanda şi America de Nord). Curentul Groenlandei de Est coboară spre sud, fiind continuat cu Curentul Irminger. Mica celulă este închisă apoi de către Curentul Norvegiei. De partea cealaltă coboară doi curenţi, primul în lungul Groenlandei (Curentul Groenlandei de Vest), al doilea în lungul coastelor americane (Curentul Labradorului). Ultimul este responsabil de deplasarea spre sud a icebergurilor şi de răcirea climatului pe coastele estice americane.

Oceanul Pacific.

Curentul Ecuatorial de Nord, similar cu cel din Atlantic, este dezvoltat între 10-12 gr. lat. N. În continuarea sa se dezvoltă Curentul Kuroshivo, foarte asemănător cu Gulf Stream-ul, care mătură coastele Japoniei. Deriva nord-pacifică sau Curentul Pacificului de N, este similară cu deriva din Atlantic. Celula este închisă de Curentul Californiei. Sistemele regionale de circulaţie sunt reprezentate de Curentul Oyashivo din care se desprind ramuri spre centrul Pacificului de N şi de Curentul Alaska continuat cu sistemul Aleutinelor.

Marile celule sunt separate de către Contracurentul Ecuatorial, continuat de Curentul Ecuatorial de Sud din largul insulelor Galapagos. Curentul Australiei de Est confluează în marea Derivă a Vânturilor de Vest, din care pleacă spre nord Curentul Peru.

Oceanul Indian.

Prin extinderea uscatului în sectorul nordic al oceanului, circulaţia sa este mult simplificată faţă de cea din Atlantic sau Pacific. Există o singură celulă majoră situată în Oc. Indian de Sud. Curentul Ecuatorial de Sud are o direcţie E --> V şi se divide către N în Curentul Somaliei iar spre S în Curentul Madagascar. Între insula Madagascar şi Africa se formează C. Mozambicului. Din confleunţa celor două va rezulta C. Acelor care se scurge în final în Deriva Vânturilor de Vest. Marea celulă va fi închisă de C. Australiei de Vest.

În Emisfera Nordică situaţia este complicată sezonier de prezenţa musonului. Iarna C. Somaliei este orientat spre sud sub influenţa directă a C. Musonului, vara traseul său fiind spre nord.

Întreaga circulaţie de suprafaţă se dezvoltă deasupra picnoclinei permanente.