ONDAS

As ondas são causadas pelos ventos, que no contato, transferem energia para a superfície da água. Ao passar uma onda, objetos flutuantes na superfície do mar deslocam-se para cima e para baixo em movimento circular. Isso ocorre por as partículas de água moverem-se também em órbitas circulares, que diminuem de diâmetro com a profundidade.

 

Secção de uma onda que se dirige da esquerda para a direita. Os círculos são órbitas que descrevem as partículas de água ao passar da onda. O seu diâmetro na superfície é igual a altura da onda. Em profundidade igual a metade do comprimento de onda, o diâmetro das órbitas torna-se 25 vezes menor que o da superfície.

 

A profundidade máxima de movimentação da água, equivale a metade do comprimento de onda (veja definição na figura seguinte), na qual o diâmetro orbital das partículas é 25 vezes menor que na superfície. Esta profundidade é conhecida como base da onda, e é definida portanto, como a profundidade máxima na qual a onda pode mover partículas e erodir os sedimentos finos do assoalho marinho.

As ondas movem-se portanto, apenas em sua forma, não impulsionam massas de água; transportam energia, mas não a água adjacente. Veja nesta figura os nomes dos principais parâmetros que caracterizam uma onda.

 

CRISTA DE ONDA - Porção mais superior da onda.
VALE DE ONDA - Depressão entre duas cristas. Também chamada de calha ou cava.
ALTURA DA ONDA - Distância vertical entre a crista de uma onda e a basa do vale da onda adjacente.
COMPRIMENTO DE ONDA - Distância horizontal entre qualquer ponto de uma onda e o ponto correspondente da próxima onda.
AMPLITUDE DE ONDA - Distância vertical máxima da superfície do mar à partir do nível da água em repouso. Equivale a metade da altura da onda.
AGUDEZ DA ONDA - Relação entre a altura e o comprimento da onda.
PERÍODO DE ONDA - O tempo que leva para uma onda completar um comprimento de onda para passar por um ponto estacionário.
VELOCIDADE DA ONDA - Velocidade na qual uma onda individual avança sobre a superfície da água.

 

VELOCIDADE DA ONDA

A velocidade da onda é função de seu comprimento: quanto maior este parâmetro, maior a sua velocidade. Além disso, um grupo ou trem de ondas viaja na metade da velocidade das ondas individuais.

A razão para isto é que as ondas que estão à frente do trem de ondas perdem energia quando elevam a superfície da água, desaparecendo e sendo repostas por ondas que vem atrás. Por outro lado, pela interrupção do movimento circular no final do grupo de ondas, há fornecimento de energia extra, que aparece na forma de uma nova onda que se forma na retaguarda.

 

Esta figura mostra o desenvolvimento de um trem de ondas. A primeira onda perde energia ao elevar a água que encontrava-se em repouso à sua frente; uma nova onda se forma no final do trem de ondas, pois há liberação de energia já que o movimento da água pára. Em águas profundas (maiores que a metade que o comprimento de onda), o trem de ondas viaja na metade da velocidade das ondas individuais.

 

DESENVOLVIMENTO DAS ONDAS NO MAR

O desenvolvimento de ondas em águas profundas é complexo, sendo causado principalmente por 3 fatores: a velocidade, a duração do vento e a área na qual este sopra, denominada área de geração.

 

Área de geração do vento. Ao sair desta área, as ondas com pequenos comprimentos, dão origem à ondas com grandes comprimentos de onda.

 

Quando a velocidade do vento persiste o bastante e tem suficiente área de geração para produzir a máxima altura de onda que possa ser mantida por esse vento, origina-se a condição denominada desenvolvimento total do mar. É bastante raro para ventos de alta velocidade pois, para que as ondas atinjam sua altura máxima, necessitam de área muitíssimo grande, com o vento soprando durante muito tempo (veja tabela).

 

Área mínima e duração necessárias para ventos com velocidades selecionadas para que ocorra o desenvolvimento total do mar (o tempo de duração foi arredondado para a hora mais próxima).
Velocidade (nós)
Área Mínima (milhas náuticas)
Duração (horas)
10
10
2
20
75
10
30
280
23
40
710
42
50
1420
69

Fonte: Pinpkin et al., Laboratory exercises in Oceanography. New York, W.H. Freeman and Company, 1987. 257p.

 

Se existirem condições para o desenvolvimento total do mar, é possível prever as características das ondas resultantes, embora as mais altas, que podem ser estimadas estatisticamente, não podem ser exatamente previstas (próxima tabela).

 

Características das ondas resultantes quando as condições de duração e área permitem se formar odesenvolvimento total do mar.
Velocidade do Vento (nós)
Altura Média (m)
Comprimento Médio (m)
Período Médio (s)
Média das 10% Maiores Ondas
10
0,27
8,5
2,9
0,55
20
1,5
33,8
5,7
3,1
30
4,1
76,5
8,6
8,4
40
8,5
135,9
11,4
17,2
50
14,8
212,2
14,3
30.4

Fonte: Pipkin e outros, Laboratory exercises in Oceanography. New York, W.H. Freeman and Company, 1987. 257p.

 

FORÇAS RESTAURADORAS

Duas podem ser as forças restauradoras das ondas: a tensão superficial e a força da gravidade. Estas fazem retornar as ondulações das ondas em nível normal do mar. Geralmente a força restauradora causada pela tensão superficial é insignificante quando comparada com a da gravidade, mas para ondas pequenas, com comprimentos de ondas menores que 2 centímetros, a força dominante é mesmo a tensão superficial.

 

COMO AS ONDAS SE ROMPEM

Quando as ondas formadas em oceano aberto aproximam-se de águas rasas, progressivamente se reorientam para permanecerem paralelas à linha de costa. Tal fenômeno é chamado de refração e é função da diminuição da profundidade.

 

Fenômeno da refração das ondas ao se aproximarem da linha de costa. Esse fenômeno faz com que as ondas tendam a se alinharem paralelas à costa.

 

Com a redução na profundidade, começa a ocorrer atrito das partículas da água com o fundo, reduzindo a velocidade das ondas nas porções que primeiro se aproximam da costa e deixando mais livres as regiões das ondas que ainda se deslocam em águas mais profundas. Esta refração que precede a quebra das ondas, é acompanhada da diminuição da velocidade e do comprimento de onda e aumento da altura.

Conforme já descrito no início deste texto, as partículas de água descrevem círculos, sendo estes menores conforme a profundidade, até que na metade do comprimento de onda, estes movimentos praticamente cessam. Quando a onda aproxima-se da linha de costa, ou seja, quando a profundidade local começa a ser menor que a metade do comprimento de onda da ondas, diz-se que a onda sente o fundo. Os movimentos das partículas de água transformam-se em elipses achatadas quando em contato com o fundo. Assim, as partículas movem-se para frente e para trás junto ao fundo marinho e não mais circularmente. A quebra da onda ocorre porquê o contato das partículas que se movimentam próximas ao fundo faz com que haja um atraso destas em relação às da superfície, que se movem mais livremente, impelindo desta forma, a região superior da onda para a frente, ocasionando a quebra. Neste momento, as oscilações das partículas cessam e a movimentação é toda em direção à praia. Como regra geral, a profundidade de quebra é cerca de 1,3 vezes a altura da onda, ou seja, uma onda de 1,5 metro deve quebra-se quando a profundidade local atinja cerca de 2 metros.

 

Aproximação das ondas em uma praia.

 

Em águas profundas, as ondas podem-se quebrar quando a razão entre a altura e o comprimento da onda (agudez da onda) ultrapassar 1/7 ou quando a crista da onda aproximar-se de um ângulo de 120º.

 

Quando o ângulo da crista da onda alcança 120º e o comprimento da onda excede 7 vezes a altura, a configuração da onda torna-se instável e ela se quebra.

 

Pode-se definir 3 tipos de arrebentação: em derrame, em espiral e em vagalhão. Embora ventos e correntes possam ter algum efeito no tipo de arrebentação que uma onda originará na linha de costa, a principal influência será mesmo da topografia do fundo. Em praias muito planas, as ondas se quebram lentamente a partir da crista, continuando o processo por longas distâncias enquanto se aproximam da praia; este tipo de arrebentação é chamado em derrame.

 

Onda em derrame

 

A arrebentação em espiral é a mais apreciada pelos surfistas, pois forma o chamado tubo, em sua gíria. Se a praia é relativamente inclinada, a crista da onda se rompe com relativa rapidez após enrolar-se em espiral.

 

Onda em espiral

 

Finalmente quando o fundo é muito inclinado, a onda não se quebrará até que alcance a praia. Este caso, no qual a onda se forma muito rapidamente e se quebra diretamente sobre a praia, é denominada de arrebentação em vagalhão, típico das chamadas praias de tombo.

Outro efeito da aproximação de ondas na linha de costa é a difração, que resulta em um afastamento da direção de propagação da onda, e aumento de seu comprimento. A difração ocorre quando as ondas penetram em um corpo de água através de entrada relativamente estreita como uma baía, por exemplo.

 

Concentração de ondas refratadas em um promontório na ilha de costa(a) e dissipação de ondas difratadas em uma baía(b).

 

Esta figura acima mostra também o efetivo convergente que a refração produz em feições costeiras proeminentes como um promontório. O fenômeno tende a reduzir uma linha de costa recortada em uma linha reta, devido a atividade erosiva das ondas.

 

TIPOS DE ONDAS

As ondas que ocorrem nos oceanos variam significativamente quanto a comprimento e período. As menores, chamadas de capilares, têm comprimento de poucos centímetros e período de fracções de segundos. Já as maiores são as marés, cujo comprimento alcança a circunferância da Terra com períodos de até 24 horas.

Entre as ondas mais comuns nos oceanos estão as chamadas swell. Deslocam-se por milhares de quilômetros a partir dos locais onde foram originadas. Ao se afastarem de seu local de origem tornam-se muito uniformes, com grandes comprimentos de onda e pequenas amplitudes; em oceano aberto, seu período situa-se em torno de 13 segundos.

Já outro tipo de onda, a sea, é muito irregular, com diversos períodos e várias direções. Encontra-se este tipo de onda em locais onde são geradas, ou seja, onde o vento está soprando.

As ondas tendem a ser maiores quando próximas às regiões nas quais os ventos são mais fortes. São geralmente menores na região equatorial e maiores em altas latitudes, como no sul da África e da América do Sul, Austrália e Groenlândia.

 

CLASSIFICAÇÃO

As ondas podem ser classificadas em dois tipos: de águas rasas, quando a metade de seu comprimento é maior que a profundidade local e de águas profundas, quando a metade do comprimento é menor do que a profundidade local. Assim, essa classificação depende do tamanho da onda e da bacia na qual se desloca.

Ondas de pequeno comprimento podem ser consideradas de águas profundas, mesmo em águas com poucos centímetros de profundidade. As maiores ondas dos oceanos, como os tsunamis (veja próximo item) e as marés (veja próximo capítulo), são sempre ondas de águas rasas, mesmo sobre as mais profundas fossas submarinas.

Em geral, ondas com períodos maiores que 14 segundos são capazes de mover sedimentos em profundidades maiores que a da borda da plataforma continental.

 

Períodos selecionados, velocidade da onda e profundidade na qual a onda sente o fundo e se torna onda de água rasa (os valores da velocidade são aproximados).
Período(s)
Velocidade (nós)
Profundidade (m)
6
21
28
8
28
50
10
35
78
12
42
112
14
49
153
16
56
200

Fonte: Pipkin et al., Laboratory exercises in Oceanography, New York, W.H. Freeman and Company, 1987. 257p.

 

TSUNAMI

Tsunami é uma palavra japonesa, usada para definir um tipo especial de onda oceânica, gerada por distúrbios sísmicos (Fig. 10). São ondas grandes e destrutivas em linhas de costa, causadas por terremoto, deslizamento de terras ou vulcão submarino em atividade; a explosão de uma bomba atômica na superfície do mar também pode provocar ondas desse tipo.

Possuem comprimento de onda que varia de 130 a 160 quilômetros podendo atingir até 1000 quilômetros, período de 15 minutos até 2 horas e se deslocam em velocidades maiores que 360 nós (650 km/h), alcançando até 480 nós (890 km/h).

 

Duas possíveis situações que originam um tsunami: deslizamento submarino(a) e movimentação de placas tectônicas(b).

 

Em águas profundas, sua altura não atinge mais que um metro, não sendo portanto percebidas devido ao seu grande comprimento. Como qualquer onda, quando entram em água rasas têm sua velocidade e comprimento reduzidos e altura aumentada, podendo alcançar então 30 metros!

Os tsunamis ocorrem principalmente em certas costas próximas às áreas de atividades tectônicas, como a região perimétrica do Oceano Pacífico. Ocorrem em média uma vez por ano em escala mundial, não havendo menção de ocorrência no Brasil.

Exemplo bem documentado de tsunami ocorreu em 1883, otiginado devido a grandes erupções vulcânicas na ilha de Krakatau (antes chamada de Krakatoa), entre Java e Sumatra nas Índias Orientais. Este tsunami destruiu a cidade de Merak a 50 quilômetros de distância, levando um navio de guerra 2,5 quilômetros terra adentro e deixando-o a 10 metros do nível do mar. Mais de 36 mil pessoas morreram. O período desse tsunami foi de 2 horas e suas ondas (cerca de uma dezena), viajaram em velocidade variando de 650 à 850 km/h, tendo atingido 30 metros de altura na linha da costa.