Circulação da água estuarina
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Tempo de residência
O tempo de permanência da água é uma variável chave que determina a saúde de um estuário, principalmente de tensões induzidas pelo homem. A descarga rápida garante que não haja tempo insuficiente para o acúmulo de sedimentos ou a depleção de oxigênio dissolvido no estuário; Assim, um estuário bem corado é intrinsecamente mais robusto do que um estuário mal corado. O tempo de residência também afeta outros parâmetros, como metais pesados, nutrientes dissolvidos, sólidos suspensos e flores de algas que podem afetar a saúde dos estuários.
Uma maneira simples de calcular o tempo de permanência é usar um modelo clássico simples do estuário, que pode ser útil para adquirir um entendimento conceitual de um estuário, mas é grosseiro no tempo e no espaço. Um estuário clássico tem os seguintes componentes: 1) entrada de água doce com QF de descarga e uma salinidade SF (geralmente SF = 0); 2) entrada oceânica com Qin e salinidade S0; e 3) Sair para o oceano com uma descarga de Qout e uma salinidade S1. A entrada e saída de água são iguais porque a massa é conservada. O sal também é conservado, portanto, os fluxos de entrada e saída de salinidade também são iguais. Se os insumos e a evaporação das águas subterrâneas forem ignoradas, a equação de continuidade é:
Qin S0 + Qf Sf = Qout S1O tempo de permanência t é o volume de água dentro do estuário (vol) dividido pela taxa de fluxo do rio:
T = (Vol/ Qf )(1 - S1/ S0 - Sf / S0)Período de exposição
O tempo de residência considera o tempo necessário para as partículas de água deixarem o estuário, no entanto, algumas partículas de água que deixam o estuário durante uma maré no fluxo podem entrar novamente no sistema durante uma maré de inundação. A quantidade de tempo que uma partícula de água gasta no estuário até que nunca retorna é chamada de tempo de exposição. O tempo de exposição pode ser muito maior que o tempo de permanência se as partículas de água estiverem saindo com as marés de refluxo e retornando com a maré em ascensão. A razão entre o número de partículas de água que retornam ao estuário e o número de partículas de água que saem é conhecida como coeficiente de retorno, r.
Para quantificar o tempo de exposição, a circulação da água fora do estuário deve ser determinada. No entanto, a circulação perto da boca do estuário é complexa devido aos processos de mistura de maré que ocorrem entre as águas estuarinas e oceânicas. Se a costa estiver robusta com promontórios, um mosaico de campos de fluxo complexos que consistem em redemoinhos, jatos e zonas de estagnação ocorrerão, complicando ainda mais os padrões de circulação fora do estuário.
Em casos envolvendo deltas ou pântanos que drenam em vários riachos de maré, como Missionary Bay, Austrália, a água que deixa um riacho na maré Ebb pode entrar em outro estuário durante a maré da enchente. Quando há uma série de estuários envolvidos, um grande tempo de exposição (maior que o dos estuários individuais) ocorrerá se a saída de maré de um estuário entrar em um estuário diferente durante a maré da inundação. Ao longo de uma costa acidentada com promontórios, no entanto, a mistura de estuário e águas oceânicas pode ser intensa. Quando a água estuarina sai do estuário, ela é liberada para as águas costeiras, portanto o tempo de exposição e o tempo de permanência são iguais.
Em alguns casos, é possível medir os fluxos de volume, sal e temperatura na boca de um estuário através de um ciclo de maré. Usando esses dados, (1-r) pode ser calculado (r é o coeficiente de retorno): é igual à fração do volume de VTP de água (volume médio de prisma de maré), deixando o estuário durante a maré refinada que é substituída por costeira águas antes de entrar novamente no sistema. Quando r = 1, a mesma água está entrando no estuário e, se r = 0, a água estuarina que deixou o estuário durante a maré no reflexo foi substituída por águas costeiras que entram no estuário durante a maré crescente. O tempo de exposição τ 'é estimado por:
τ' = Vestuary Ttide / (1-r) VTPO vestuário é definido como o volume da estuarina média e o ttide é o período das marés.
Os fluxos totais de água salobra através da boca do rio durante eventos de maré geralmente são muito mais altos (geralmente por um fator de 10 a 100) do que o fluxo de volume do fluxo ribeirinho. Portanto, se as medições não forem precisas, a estimativa do fluxo líquido não será confiável. As medições diretas do coeficiente de retorno são frequentemente complicadas por eventos oceânicos instáveis, como a passagem, a passagem de um redemoinho ou tempestades; portanto, o sucesso de uma medição direta correta do coeficiente de retorno é rara.
Mistura vertical e estratificação
O tempo de permanência da água em um estuário depende da circulação dentro do estuário que é impulsionada por diferenças de densidade devido a mudanças na salinidade e na temperatura. A água doce menos densa flutua sobre a água salina e a água mais quente flutua acima da água mais fria (temperaturas superiores a 4 ° C). Como resultado, as águas próximas à superfície e perto de Bottom podem ter trajetórias diferentes, resultando em diferentes tempos de permanência.
A mistura vertical determina quanto a salinidade e a temperatura mudarão de cima para baixo, afetando profundamente a circulação da água. A mistura vertical ocorre em três níveis: a partir da superfície descendente pelas forças eólicas, o fundo para cima pela turbulência gerada por limites (mixagem estuarina e de fronteira oceânica) e internamente por mistura turbulenta causada pelas correntes de água que são conduzidas pelas marés, pelo vento e Informação do rio.
Diferentes tipos de circulação estuarina resultam da mistura vertical:
Estuário de cunha de sal
Esses estuários são caracterizados por uma interface de densidade nítida entre a camada superior da água doce e a camada inferior da água salina. A água do rio domina nesse sistema, e os efeitos das marés têm um pequeno papel nos padrões de circulação. A água doce flutua no topo da água do mar e gradualmente diminui à medida que se move para o mar. A água do mar mais densa se move ao longo do fundo do estuário, formando uma camada em forma de cunha e ficando mais fina à medida que se move em direção à terra. À medida que uma diferença de velocidade se desenvolve entre as duas camadas, as forças de cisalhamento geram ondas internas na interface, misturando a água do mar com a água doce. Um exemplo é o estuário do Mississippi. [Citação necessária]
Estuário parcialmente estratificado
À medida que a força das marés aumenta, o controle do fluxo do rio no padrão de circulação no estuário se torna menos dominante. A mistura turbulenta induzida pela corrente cria uma condição moderadamente estratificada. Os redemoinhos turbulentos misturam a coluna de água, criando uma transferência em massa de água doce e água do mar em ambas as direções através do limite de densidade. Portanto, a interface que separa as massas de água superior e inferior é substituída por uma coluna de água com um aumento gradual da salinidade da superfície para o fundo. No entanto, um fluxo de duas camadas ainda existe, com o gradiente máximo de salinidade na profundidade média. Os estuários parcialmente estratificados são tipicamente superficiais e amplos, com maior relação largura / profundidade do que os estuários de cunha de sal. Um exemplo é o Tamisa. [Citação necessária]
Estuário verticalmente homogêneo
Nesses estuários, o fluxo das marés é maior em relação à descarga do rio, resultando em uma coluna de água bem mista e no desaparecimento do gradiente de salinidade vertical. O limite de água do mar doce é eliminado devido à intensa mistura turbulenta e efeitos de Foucault. A proporção de largura / profundidade dos estuários verticalmente homogêneos é grande, com a profundidade limitada criando cisalhamento vertical suficiente no fundo do mar para misturar completamente a coluna de água. Se as correntes de maré na boca de um estuário são fortes o suficiente para criar uma mistura turbulenta, as condições verticalmente homogêneas geralmente se desenvolvem.
Fiordes
Os fiordes são exemplos de estuários altamente estratificados; São bacias com soleiras e têm entrada de água doce que excede muito a evaporação. A água oceânica é importada em uma camada intermediária e se mistura com a água doce. A água salobra resultante é então exportada para a camada de superfície. Uma lenta importação da água do mar pode fluir sobre o peitoril e afundar até o fundo do fiorde (camada profunda), onde a água permanece estagnada até ficar corada por uma tempestade ocasional.
Estuário inverso
Os estuários inversos ocorrem em climas secos, onde a evaporação excede bastante a entrada de água doce. Uma zona máxima de salinidade é formada e o fluxo de água ribeirinha e oceânico próximo à superfície em direção a essa zona. Esta água é empurrada para baixo e se espalha pelo fundo na direção do mar e do solo. A salinidade máxima pode atingir valores extremamente altos e o tempo de permanência pode ser de vários meses. Nesses sistemas, a zona máxima de salinidade atua como um plugue, inibindo a mistura de águas estuarinas e oceânicas para que a água doce não atinja o oceano. A água de alta salinidade afunda em direção ao mar e sai do estuário.