Island Wakes

INVESTIGAÇÃO

Abordagem multidisciplinar e uso de multi-plataformas para estudar a dinâmica das esteiras de ilhas

A configuração batimétrica do Arquipélago da Madeira é complexa. Há três principais grupos de ilhas (esquerda-direita) Porto Santo, Madeira e Desertas, e Selvagens (ilhas-cone, mais à direita). Uma cordilheira montanhosa (submersa) faz a ligação entre a Madeira e as Ilhas Desertas. A profundidade desce abruptamente podendo mesmo atingir os 4000m, em redor da plataforma das ilhas. É uma configuração típica de plataformas de ilhas em ocean profundo.

Os estudos das esteiras de ilhas com modelos numéricos ajudam a determinar o espectro de regimes geofísicos em que estas são formadas. Uma metodologia semelhante à que foi usada por Dong et al (2007), foi recentemente implementada para estudar os regimes no caso da ilha da Madeira. A estratificação e a rotação planetária tomam uma importância relativa e devem ser adequadamente consideradas. A este respeito, parâmetros adimensionais como o número de Reynolds (Re), o numero de Burger (Bu) e o numero de Rossby (Ro), desempenham um papel preponderante no posicionamento dos vários cenários no espectro de regimes geofísicos. Por exemplo, no estudo do Dong et al (2007), valores baixos de Ro induzem a formação de turbilhões simétricos, anticiclónicos e ciclónicos. No entanto, no caso da Ilha da Madeira, o obstáculo (Madeira) é assimétrico, e mesmo em regimes de baixos valores de Ro não se espera simetria na formação da esteira oceânica. Além disso, a presença das Ilhas Desertas a SE, desempenham um papel significativo nas dispersão dos turbilhões anticiclónicos. A figura (à esquerda) mostra a temperatura da superfície do mar (“SST - Sea Surface Temperature”) após 150 dias de cálculo, com o modelo numérico “ROMS - Regional Ocean Modeling System. Cores quentes (vermelhos) representam temperaturas mais elevadas, enquanto cores frias (azul) temperaturas mais frias. É claramente visível a falta de simetria entre os turbilhões ciclónicos e anticiclónicos, bem como a influência das ilhas mais pequenas (Desertas) na dissipação da esteira. (mais + ...)

Um esforço cooperativo entre os membros deste projecto, o grupo de oceanografia física na Universidade de Las Palmas de Gran Canárias (ULPGC) orientado por Pablo Sangrá, e o grupo de investigação da UCLA orientado por James McWilliams, resultará num estudo comparativo das esteiras de ilhas de todos os Arquipélagos da Macaronésia (Açores, Madeira e Canárias).

Barkley (1972) comparou a formação de esteiras atmosféricas no “Johnston Atoll”, à formação de esteiras oceânicas no Aquipélago da Ilha da Madeira. Os dois fenómenos eram comparáveis adimensinalmente e produzem esteiras muito semelhantes, uma vez que o actual domínio de fluxo dos ventos do Pacífico Norte Equatorial e do Oceano Atlântico Nordeste são similares (Re = 90). A viscosidade mais elevada do oceano (relativamente à atmosférica) é compensada pela maior velocidade do vento (relativamente à velocidade das correntes oceânicas). Esta semelhança sugere que ambas as esteiras podem expandir-se numa area até 600 km a sotavento da Ilha da Madeira. Barkley também previa que seriam necessários cerca de 7,2 horas para formar a esteira atmosférica. No entanto, a relação entre a formação de esteiras atmosféricas e oceânicas a sotavento da Madeira e de outras ilhas, ainda não está bem estudada. (mais + ...)

Scorer (1986) utilizou a imagem de Guadalupe e das esteiras atmosféricas da Ilha da Madeira, para ilustrar a formação de "Von Karman Vortex Streets" no seu livro sobre nuvens.

As "bombas biológicas" que muitas vezes resultam da actividade turbulenta nas esteiras das ilhas, deixam uma assinatura detectável por vários satélites. Vários processos físicos, tais como filamentos, células de afloramento de pequena escala etc., reforçam uma mistura vertical das aguas profundas, rica em nutrientes. O resultado é um "oásis", uma região recém-fertilizada, cheia de vida. Esses oasis são muitas vezes conhecidos, na literatura científica, como o “efeito de ilha”, que foi alvo de discussão num primeiro estudo científico para o Arquipélago da Madeira, por Caldeira et al (2002) e que também contribui para a formulação do presente projecto.

A imagem (esquerda) mostra um aumento de clorofila na superfície do oceano captada a 28 de Agosto de 2006, pelo sensor MODIS (“Moderate Resolution Imaging spectroradiometer”). MODIS é um instrumento que viaja a bordo dos satélites Terra (EOS AM) e Aqua (EOS PM). Este aumento de clorofila resulta da actividade de turbilhões ciclónicos que ocorrem no flanco ocidental da Ilha da Madeira e que são responsáveis pelo transporte de nutrientes até à superfície. Uma vez que a estas Latitudes a radiação solar não é um factor limitativo, o crescimento do fitoplâncton depende muito destes eventos de enriquecimento. Por outro lado, a advecção destes sistemas para o oceano profundo pode levar à construção de um pequeno ecosistema próprio. aves, peixes e mamíferos marinhos tiram vantagem de tais sistemas. O trabalho actual, em colaboração com o museu baleia, através de um projecto INTERREG IIIB apoiado por EMECETUS, irá ajudar a compreender o papel destes fenómenos oceanográficos como possíveis elementos "agregadores" de cetáceos.

A fim de expandir o conhecimento da dinâmica dos fluídos geofísicos nomeadamente dos aspectos relacionados com a formação e dissipação das esteiras de ilhas, os membros deste projecto em colaboração com colegas internacionais de França, Espanha, Alemanha e Reino Unido, foram contemplados com financiamento para desenvolver ensaios laboratoriais que terão lugar numa infra-estrutura europeia integrada na iniciativa: HYDRALAB III. Os ensaios em laboratório visam estudar um espectro de regimes geofísicos que estimulam a formação de esteiras de ilhas. As experiências terão lugar durante o mês de Novembro de 2008, num tanque rotativo localizado em Grenoble, França. A plataforma de Coriolis dada a sua dimensão (14m), e capacidade de controlar a rotação e estratificação, irá proporcionar o acesso a uma gama de números Ro e Re, ímpar em todo o mundo. Por outras palavras, os regimes de baixa viscosidade e com efeitos Coriolis consideráveis podem ser alcançados, enquanto a força centrífuga permanece insignificante. Tais regimes são directamente relevantes para o estudo dos processos oceânicos de mesoescala (10-100 km, dimensão horizontal). As experiências nas esteiras de ilhas com um alto Re e Ro também incluirá estudos em torno de um modelo físico da Ilha da Madeira, como obstáculo. Os resultados irão servir como pontos de referência para as experiências numéricas, assim como complemento à interpretação das observações. (mais + ...)

Bibliografia:

Barkley, R. A. (1972). Johnston Atoll's wake. Journal of Marine Research, 30: 201-216.
Caldeira, R.M.A., S. Groom, P. Miller, and N. Nezlin. (2002). Sea-surface signatures of the island mass effect phenomena around Madeira Island, Northeast Atlantic. Remote Sensing of the Environment, 80: 336-360.
Dong, C., J.C. McWilliams, and A. Shchepetkin. (2007). Island Wakes in Deep Water. Journal of Physical Oceanography, 37: 962-981
Scorer, R. S. (1986). Cloud investigation by satellite. Ellis Horwood. Chichester.