Nível Relativo do Mar (O Enigma) e os Terrenos de Marinha

Afrânio Rubens de Mesquita

Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo

Cidade Universitária, Butantã. São Paulo. CEP 05508-900

E-mail ardmesqu@usp.br. URL www.mares.io.usp.br

Fevereiro de 2005.

Apresentação feita no CPTEC / INPE– Seminário dos Usuários das Previsões Numéricas de Mudanças Climáticas e Seus Impactos Regionais. MCT,CPTEC/INPE,IEA/USP. São José dos Campos/Cachoeira Paulista. 19 e 20 de Outubro de 2004

RESUMO ESTENDIDO

O nível relativo do mar (n.r.m.), nos últimos 2.000 mil anos, permaneceu relativamente constante e, medido por marégrafos presos à crosta terrestre, desde do século IXX, exibia no início século XX, uma razão de variação global de cerca de 18 cm/século. Essa razão de variação é devida, principalmente, ao aumento da massa dos oceanos, decorrente do fenômeno do degelo polar (razão eustática), do aquecimento dos oceanos (razão estérica) e do ajustamento da crosta decorrente dessas variações até aquela data (razão crustal). Da astronomia, a razão histórica da variação do comprimento do dia (cdod) é da ordem de 1,7 ms (milisegundos) por século. Por outro lado, a estimativa da razão de variação do (cdod), devido a dissipação da energia das marés, que não afeta as medições do nível do mar, é da ordem de 2,3 ms/século, surpreendemente maior do que a razão histórica. A diferença entre esses valores corresponde à razão crustal decorrente dos ajustes da crosta ao processo lento da deglaciação e é, reconhecidamente, igual a - 0,6ms/século. No século XXI, período em que ocorre o atual aquecimento global, a adição algébrica da razão eustática estimada (6cm/século),somada com a razão estérica estimada (6cm/século), adicionada à razão crustal estimada (-6cm/século) produz, com a razão de variação do nível do mar, do início do século XX, (18 cm/século), um total de + 24cm/século para a razão atual do (n.r.m) no século XXI. Essa razão de variação não está em concordância com as estimativas do (cdod), obtidas por medições do (cdod), através das órbitas astronômicas dos satélites artificiais e da Lua, que indicam, uma variação negativa no período. Para resolver essa inconsistência foi sugerido que devam ser revistas substancialmente as presentes estimativas do (n.r.m.), (eustático, estérico e crustal) do mar e das medições astronômicas do (cdod).Trabalhando com as séries globais do (n.r.m) fornecidas pelo (PSMSL), Permanent Service for the Mean Sea Level, foi possível desenvolver uma função F, medidora do estado de variabilidade de cada série, que é independente da razão de variação do (n.r.m.) e que, em gráfico F x razão de variação do (n.r.m) tem valores distribuídos ao longo de curvas bem delineadas, indicando valores da razão de variação do (n.r.m.), que podem vir a ser a solução para o procurado balanço. Entretanto, as incertezas envolvidas no processo são muito grandes. Para se ter certeza, mais medições são necessárias. Na costa Brasileira a razão da variação do (n.r.m.) é nitidamente positiva (40cm/século), enquanto que as variações estimadas correspondentes, regional e global, são negativas. De posse dessas informações foram derivados procedimentos para estabelecer limites dos Terrenos de Marinha, à partir do nível da preamar das sigygias do ano de 1831, de acordo com os termos das lei Federal N 9760 de 1946, para duas praias do litoral do Estado de São Paulo. Esses procedimentos também são utilizados no PROBIO (Programa Biológico) do Ministério do Meio Ambiente, em realização no IOUSP, para a definição de avanços do mar sobre a costa da região Sudeste, segundo hipóteses plausíveis de aumento do (n.r.m.) até 2100. Além dessas, outras medições estão sendo realizadas, ao longo da costa brasileira em estações permanentes (INPH,DHN e USP), juntamente com estações temporárias abissais que são ocupadas pelo IOUSP na plataforma continental desde 1976. As medições previstas no programa GLOSS (Global Observing Sea Level System) da COI/UNESCO, têm presentemente o apoio financeiro da CIRM (Comissão Interministerial para os Recursos do Mar) e da DHN (Diretoria de Navegação e Hidrografia da Marinha do Brasil). A estimativa da variação do nível da crosta terrestre na costa do Estado de São Paulo tem amparo financeiro de projeto aprovado pela FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo). Entretanto, as medições programadas na sessão Capricórnio, que deverão produzir dados necessários à estimativa do nível estérico do mar na composição da estimativa global do (n.r.m.), ainda não obteve suporte financeiro de nenhuma agência. Dessa forma, o apoio do CPTEC/INPE, junto aos órgãos governamentais (MCT,CNPq, CAPES, FINEP e FAPESP) para que se possa fazer a estimativa do nível estérico na Sessão Capricórnio, que produzirá dados do Atlântico Sul necessários ao fechamento do balanço do Nível Relativo Global é, nesta ocasião, solicitado.

- O Enigma

O Enigma a que se refere o título desta apresentação foi o termo utilizado por Walter Munk (2002) para denominar o resultado inconcluso do balanço das variáveis, que são medidas por diferentes meios e utilizadas para entender a física do fenômeno da variação do Nível Relativo Global do Mar da atualidade.

O nível relativo do mar (n.r.m.), recebe as influências de natureza meteorológica (Radiação Solar,Ventos, Pressão Atmosférica e outras), oceanográfica (Correntes, Volume dos Oceanos, Densidade da Água), Geológica/Biológica (deposição de sedimentos, geológicos e biológicos, subduções e outras) e astronômica (Dissipação da Energia das Marés, Glaciações e outras), segundo as quais pode aumentar, ou diminuir e tem variado ao longo da idade do planeta.

Por razões de conservação de momento angular, as variações da forma do planeta alteram a sua velocidade de rotação que se reflete e, é assim medida, pelas variações da duração do dia, duração que se convencionou designar como (cdod), o comprimento do dia. Assim, quanto mais rápido girar a Terra, menor será o (cdod) e, quanto menor for a velocidade de rotação, maior será o (cdod).

A Figura 1 mostra como se relacionam as variáveis acima mencionadas, de 500 anos antes de Cristo até o ano 2000, na definição do comprimento do dia (cdod), que é medido, por meios astronômicos desde esse período; uma variável que os astrônomos há muitos anos sabem medir com precisão e que depois dos anos de 1975, mais ainda com maior precisão, devido aos desenvolvimentos tecnológicos da atualidade. Essas medições foram ajustadas, na representação gráfica da Fig 1, para coincidirem no ano 1900, à partir do qual são feitas as presentes estimativas.

Fig 1- Parte de cima da Figura.- Comprimento do dia (cdod) ( ), em milisegundos (ms), em (centrados) relação no ano de 1900. A razão de variação de longo termo do (cdod) () em ms/século, desde 500 anos anos antes de Cristo até 1900, inclui marés e a razão de variação crustal, mas não a estérica e eustática do século XX isto é, considera-se as variações estérica e eustáticas, à partir de 1900 em diante, de tal forma que, no ano de 1900 : .

A razão de variação do (cdod) associada à dissipação da energia das marés, durante esse período, é da ordem de : , que indica, fazendo-se a diferença entre esses valores, que há um resíduo devido ao relachamento crustal, no (cdod) da ordem de , que foi identificado como decorrente do movimento viscoso do manto da Terra em conseqüência do degelo e sua influência na crosta. A variação eustática e a decorrente do aquecimento global no caso, até 1900, é considerada desprezível.

- Parte de baixo da Figura - Parte expandida da Figura relativa ao período moderno, à partir de 1850, incluindo o período das recentes medições por satélites LAGEOS e STARLETTE, mostrando as variações do (cdod), durante os últimos 170 anos, superpostas às tendências de longo termo centradas no ano 1900. As medições dos satélites são feitas através do afastamento lunar em relação a Terra e através dos deslocamentos dos nós das órbitas satelitais e correspondem à soma da razão de variação do (cdod) devido aos efeitos marés, relachamento crustal, estérico e eustático nos últimos 30 anos de tal forma que: :

1) ; devido a dissipação da energia das marés, tal que,

2) que, adicionados aos efeitos estérico e eustático produz:

3) += 2,9 ms/século,

onde a razão de variação do do nível do mar (cdod) corresponde à razão de variação eustática (6cm/século) e estérica (6cm/século) do (n.r.m), que somadas (12cm/século) devem ter explicação nas variações do volume dos oceanos, devido ao degelo do planeta, decorrente do aquecimento global à partir de 1900. (Adaptado de Munk (2002)).

A razão variação do comprimento do dia (cdod) tem um valor, de longo tempo determinado, como sendo + 1,7 milisegundos por século, o que é confirmado pelas medições da atualidade. Essa medição, comparada com a variação do (cdod), devida a dissipação da energia das marés, que não tem interferência nas variações do (n.r.m), medida por outros meios, que é da ordem de + 2,3 ms/séc, resulta, e existem razões para isso, em uma diferença de cerca de -0,6 ms/séc entre os dois valores e, portanto, a uma variação negativa do (cdod). Essa diferença é admitida como devida ao relaxamento das crostas polares e as modificações na forma do planeta, decorrente do fenômeno da deglaciação, Peltier ( 1998 ).

As variações do (cdod) são indicadas na Fig 1, como linha cheia, através da qual pode ser observado que existe grande flutuação dos seus valores no período de 1900 a 2000, superpostas às tendências de longo termo de variação do (cdod). Essas variações de maior freqüência são identificadas como variações decadais e adicionam um desvio padrão de cerca de 11ms/século (Munk 2002), às medições de longo termo, tornando obscura a procura por um melhor entendimento do Enigma apontado.

- As Atuais Variações do Nível do Mar

As variações do nível relativo do mar da atualidade, à partir de 1900, são principalmente de natureza, estérica, (expansão térmica), devido ao aquecimento global, eustática, (expansão em volume da água do mar ), devido ao degelo do planeta, em decorrência, e, também, de natureza crustal ( variações decorrentes do movimento da crosta e assemelhados) conseqüente ao relachamento da crosta nas áreas polares.

Há 2000 anos que o nível do mar é relativamente constante e o degelo e o fenômeno de aquecimento global surgiu em meados do século IXX Estimativas da variação estérica, Levitus et al (2001), indicam um aumento do nível do mar de 1900 até 2000 em 3 cm e uma razão de variação estérica do nível do mar da ordem de 6 cm/século e as estimativas da variação crustal, feitas por Peltier(1998), indicam uma razão de variação de -6cm/século.

As medições históricas do nível relativo do mar (n.r.m), que englobam as variações estéricas, eustáticas e crustais até 1900, indicam, nessa data, uma razão de variação da ordem de 18 cm / século,

resultando em 2000, em um balanço da razão de variação do (n.r.m) na forma:

Razão em 2000 = razão histórica + razão estérica + razão eustática + razão crustal =

= ( 18 + 6 + 6 - 6 ) cm/século= 24 cm/século,

devido ao aumento em volume dos oceanos no período 1900-2000 em conseqüência do atual efeito de aquecimento global. Se as razões eustática e crustal, por exemplo, se compensarem, resultam 6cm/século devido ao efeito estérico calculado por Levitus, que seria a razão de variação do (n.r.m.) no século XX. Também se se admitir que a razão crustal, calculada por Peltier, é de forma a compensar parcialmente a estérica e parcialmente a eustática então, sobram 6cm/século que pode ser considerados como a contribuição ao aumento do (cdoc) conseqüente ao efeito desconhecido, enigmático, do século XX e o movimento de rotação da Terra deve diminuir.

Esse valor, 6 cm/século, deve corresponder ao estimado por outros meios e se transforma em um Enigma, que não há como interpretar através de diferentes medições. O fechamento do balanço não ocorre pelas medições do (cdod) derivadas da aceleração dos nós das órbitas dos satélites artificiais, que não indicam haver uma variação positiva, a que o valor de (+6cm/século) corresponde, mas uma diminuição do (cdod) e este é um dos aspectos do Enigma, entre outros, apontados por Munk (op.cit.)

Para resolvê-lo Munk sugere que deve haver: 1) - uma redução dos valores estimados até agora para a razão de variação do (n.r.m.) global ou, 2) - um aumento nas estimativas da razão de variação do calor armazenado devido ao aquecimento global ou, 3) - uma mudança na interpretação dos registros astronômicos do (cdod).

Em particular, no período de 1975 até 2000, indicado na Fig 1 como LAGEOS (aceleração do momento de inércia da Terra, calculado à partir dos movimentos dos nodos das órbitas dos satélites de órbita baixa) e STARLETTE (idem), houve uma variação do (cdod) da ordem de – 1.5 ms que corresponde, no período de 25 anos, a uma razão de variação de - 0.06 ms/ano, ou - 6ms/século, enquanto a projeção de longo termo no mesmo período, definida pelas linhas tracejadas retas, indicam crescimento no mesmo período, à razão de variação de 2,9 ms/século.

Esse aspecto contraditório é colocado em confronto, nesta apresentação, com as projeções da variação atual do (n.r.m.) global, também enigmáticas, feitas em publicação do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo em 1994. (Mesquita, 1994).

- As Medições do Nível Relativo do Mar.

As medições do Nível Relativo do Mar de vários portos do planeta tem sido cuidadas e armazenadas pelo Permanent Service for the Mean Sea Level (PSMSL), que desde 1933 tem distribuído a todos os interessados o seu acervo de dados de nível do mar para consulta e análise.

O PSMSL é um Serviço estabelecido em 1933 pela International Association for the Physical Sciences (IAPSO). A Fig 2 mostra a cobertura geográfica de dados de nível do mar, que são fornecidos por esse Serviço e que, como pode ser observado, contém um razoável conjunto de dados, séries do nível do mar, provenientes de vários portos e ilhas oceânicas do globo, estações permanentes de medição do (n.r.m).

Fig 2 – Distribuição das estações permanentes, onde são feitas as medições do nível relativo do mar, em forma de séries de tempo, ao longo de todos os continentes e ilhas do globo, colecionadas pelo Serviço Permanente para o Nível do Mar (PSMSL), serviço criado em 1933 pela Associação Internacional para a Física dos Oceanos (IAPSO).

A Fig 3 mostra as séries de Takoradi, Honolulu, Sydney, Bombay, San Francisco e de Brest que indicam um acentuado aumento do nível relativo do mar em praticamente todos os continentes `a partir do século IXX.

Fig 3 – Séries de tempo de (n.r.m.) de várias localidades de todos os continentes, constantes dos arquivos do PSMSL, envolvendo medições do nível do mar desde os anos 1810 até 1995.

Na costa brasileira as medições em análise são relativamente mais recentes, da década de 50, como pode ser visto na Figura 4, embora muitas dessas medições tenham sido iniciadas, pelos precursores do Instituto Nacional de Pesquisas Hidrográficas (INPH), em vários portos da costa, no início do século XX. Nota-se que há uma tendência em nossa costa de um aumento do nível relativo do mar da ordem de 40cm/século, ou 4 mm / ano.

Fig 4 – Níveis de (n.r.m.) de vários portos da costa Brasileira que indicam, na atualidade, uma tendência ao aumento do (n.r.m.) da ordem de 40cm/século.

- Análises das Variações do (n.r.m.) na Costa Brasileira

As variações do (n.r.m) nas costas brasileiras foram analisadas, em conjunto com as séries de todos os portos do globo fornecidas pelo PSMSL, através de metodologia apresentada na reunião da IAPSO (International Association for the Physical Sciences of the Oceans), em Honolulu, Hawaii, Estados Unidos em 1985 (Mesquita Franco & Harari 1985) Abstracts.

A Figura 5 mostra a configuração a que se chegou na ocasião, indicando características da distribuição dos dados, em gráfico dos valores da inclinação x coeficiente de correlação das séries anuais de nível relativo do mar, cujo balanço revelou-se negativo, depois de feita a soma dos valores positivos e negativos do (n.r.m.) calculados para os portos da America do Sul e da Africa Atlântica. Estes resultados na ocasião soaram um tanto estranhos e não foram aceitos na publicação do trabalho apresentado Mesquita, Franco & Harari (1986).

Fig 5 - Classes de valores das correlações (m) contra as tendências ( C ) (cm/século), das costas da América do Sul e da África Atlântica. Os números de cada classe indicam o número de séries utilizadas para o cálculo da média e as barras indicam o desvio padrão associado a cada média. A linha tracejada indica a linha esperada, ao longo da qual, há balanço zero entre os valores positivos e negativos das tendências. Nota-se que a amplitude dos desvios padrões torna-se igual a zero próximo a origem e que a inclinação da curva ligando as médias é maior em valor absoluto no lado negativo da Figura.

A análise das séries de todos os portos do globo, fornecidas pelo PSMSL, juntamente com as séries da costa brasileira, foi feita posteriormente, através de metodologia igual, cujo resultado é mostrado, para séries começando em 1920, na Figura 6, indicando novamente um pronunciado balanço da tendência dos dados em favor do lado negativo.

Fig 6 - Classes de valores das correlações (m) contra as tendências ( C ) (cm/século) das séries PSMSL de todas as ilhas e continentes iniciando em 1920. Os números acima de cada classe indicam o número de séries utilizadas para o cálculo das médias e desvios padrões. A inclinação da linha que une os valores médios negativos das tendências é, em valor absoluto, maior do que a linha que une os valores positivos. As amplitude dos desvios padrões atingem o valor zero na origem.

Esses resultados foram apresentados na XX Assembléia Geral da IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics) de Viena em 1991 e não puderam ser publicados, pois houveram dúvidas na comunidade, quanto a validade da metodologia empregada (Mesquita, Franco & Harari, 1991).Abstracts.

Superadas as dificuldades, os dados foram re-analisados, levando em consideração sub séries das séries do PSMSL iniciando em 1920, 1930,..., 1980 que indicaram, não apenas estar havendo uma aceleração, no período dos dados globais do (n.r.m.), mas também que, nas proximidades do zero, a relação entre os valores das correlações e os valores médios das inclinações das séries nos intervalos de classes do gráfico, Fig 6, muito provavelmente é linear e com desvios médios de cada classe tendendo ao valor zero na origem. Os resultados dessas análises com séries iniciando em anos crescentes a partir de 1920 estão mostrados na Tabela I.

Tabela I – Valores dos interceptos (A) e das inclinações (B) das retas de regressão obtidas em séries de nível mar (PSMSL) iniciando em 1920,1930,1940,1950,1960,1970 e 1980 em gráficos tipificados na Figura 6. A1,B1 são intercepto e coeficiente de retas tipificadas na Fig 6 com inclinação negativa e A2 e B2 o intercepto e inclinação positiva. (mm/ano).

Dessa Tabela pode-se estimar uma aceleração negativa da ordem de - 0,3 mm/ano/século do (n.r.m.) global Mesquita (1994), a que a costa brasileira está submetida, o que, em vista do aumento dos níveis assinalados na Fig 4, é contraditório e se constitui também em um resultado Enigmático.

Essa contradição está sendo examinada através de medições da gravidade absoluta nas Bases de pesquisas do Instituto Oceanográfico da USP (Ubatuba e Cananeia) e de medições GPS (Global Positioning System), que podem indicar um afundamento da crosta crosta brasileira.O Projeto tem o apoio financeiro da FAPESP ( Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo).

O aumento do (n.r.m.), mostrado na Fig 4, pode ser decorrência parcial do fenômeno de deglaciação iniciado à cerca de 20.000 anos atrás, cujos efeitos ainda perduram, conforme projeções de Peltier(1998). Informações sobre as medições em Cananeia são dadas por Franco (2000) www.mares.io.usp.br e Denizar (1998).

- Colinearidade e Proximidade

Em vista das contradições encontradas um grande esforço foi feito para se obter uma outra forma de se avaliar as flutuações do nível do mar em cada série dos dados do PSMSL. Após várias tentativas, que demandaram um longo período de trabalho, foi definido o coeficiente de proximidade, cuja configuração é mostrada na Figura 7.

Fig 7 – Quadrados negros representam os valores da série temporal. A reta de regressão é calculada, juntamente com o ângulo (inclinação), cuja tangente representa o coeficiente de regressão. A distância é calculada como indicada na Figura e a média de todas as distâncias calculadas sobre todos os valores da série é tomada como o coeficiente de proximidade.(mm).

Por outro lado, foi considerada mais adequada, a conotação de colinearidade, ao coeficiente de correlação, calculado à partir das séries do nível do mar, pois ele é calculado entre uma variável aleatória e outra, que é o tempo, que, até o presente, é considerado como uma variável linear, que não depende da massa do planeta Terra e nem de sua velocidade no espaço sideral.

Os dois coeficientes são característicos de cada série PSMSL e, dentro de certo intervalo de tempo, podem ser tomados como constantes características de cada série de nível de mar, independentes dos valores das inclinações, isto é, das razões de variações do nível relativo do mar de cada local, de cada Porto.

Quando a colinearidade tem valor 1, a proximidade vale zero; quando a colinearidade é zero a proximidade tem seu valor máximo. Ainda não foi encontrada uma forma adequada para se definir uma variável entre zero e 1 para o coeficiente de proximidade. De forma que, nestas notas, ele tem dimensão de distância (mm). Então o produto dos dois coeficientes que é indicado por F é também uma variável limitada e também uma propriedade de cada série PSMSL e, mais importante, é independente da razão de variação do (n.r.m.) local. Ela mede uma espécie de estado de variabilidade local do( n.r.m.).

Uma descrição mais detalhada desses coeficientes pode ser encontrada no endereço www.mares.io.usp.br,ícone Afro América GLOSS News (AAGN) – Edição 6(1) de 2002 em artigo de Mesquita, França & Corrêa (2002).

http://www.mares.io.usp.br/aagn/61/copro/copro.html

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- Estimativa do ( n. r. m. ) Global através dos valores F

Os coeficientes de colinearidade e proximidade, que são utilizados no cálculo de F, são independentes das inclinações das séries das quais eles foram calculados, sendo então os valores F, também, em decorrência, independentes dessas inclinações. Os coeficientes indicam, possivelmente, variabilidades geofísicas, associadas aos locais da crosta de onde as séries provieram e são característicos desses locais.

Essa possibilidade foi examinada através de representações gráficas de F contra as inclinações das séries de nível relativo do mar a que pertencem. Os resultados do exame foram apresentados na XXIII Assembléia Geral da IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics), em Sapporo, Japão em 2003. Mesquita, França & Correa (2003).Abstracts.

As representações gráficas indicaram que o conjunto dos valores de F tem, globalmente, uma distribuição em forma de uma árvore de Natal, com um tronco estreito e bem determinado, ao qual se prendem galhos que se esparramam `a direita e à esquerda do tronco, quase que simetricamente; mais acima, o tronco se abre para esquerda, valores negativos das inclinações e para a direita, valores positivos das inclinações, como pode ser visto na Figura 8.

Fig 8 - Valores de F das séries (PSMSL), também chamadas de “séries planetárias” contra os valores de inclinação para séries com mais de 10 anos de comprimento.

Na Fig 8 foram consideradas todas as séries maiores do que 10 anos em comprimento e na Fig 9 foram consideradas apenas séries com mais de 20 anos de comprimento; da comparação das Figs pode-se ver que a Fig. 9 ficou livre das variações dos valores de F de séries, que exibem variações decadais, mencionadas por Munk(2002), mas conservaram as mesmas linhas positiva e negativa, definidas pelos valores de F e que, independentemente do comprimento das séries, se juntam ao tronco, já claramente discernível na Fig 8 e que também o é na Fig 9.

Fig 9 - Valores de F das séries (PSMSL), também chamadas de “séries planetárias” contra os valores de inclinação das séries com mais de 20 anos de comprimento.

As variações decadais do nível do mar foram primeiramente descritas por Mesquita & Morettin (1984), quando essas periodicidades foram identificadas com grande certeza estatística em espectros do nível do mar de San Francisco (EEUU) e na precipitação atmosférica da cidade de Fortaleza, do Nordeste Brasileiro.Essas periodicidades foram posteriormente também identificadas e descritas na série de (n.r.m.) da cidade de Cananeia por Mesquita, Harari & França (1996) e são mostradas no espectro da Figura 10.

Fig 10– Espectro do (n.r.m.) calculado a partir de 432 valores médios mensais do porto de Cananeia. Os períodos de cada faixa espectral são indicados acima de cada faixa significativa. A faixa identificada com 12,5 anos inclui o período 23 anos.

Pode-se ver que os picos espectrais foram determinados com intervalos de confiança de 95%, com faixas espectrais centradas em períodos indicados acima de cada faixa do espectro. As amplitudes desses picos variam entre 11cm e 5cm em respostas às forçantes do ENSO (El Niño e Oscilações Sul) e outras. As incertezas das fases associadas aos picos, entre os eles os relacionados a ondas planetárias, foram preliminarmente estimadas em Mesquita (2003) sendo 1,8 anos para as faixas de maior período, 23 e 13 anos, e 10 dias para as ondas planetárias, que têm período aproximado de 5 meses.

As fases, são variáveis altamente aleatórias e pode haver a ocorrência, contudo improvável, na qual todas as periodicidades ocorram com fases em que os picos se superponham ; situação extrema em que deverá haver a soma de todas essas flutuações do nível do mar, produzindo em média um aumento global do (n.r.m.) de cerca de 72 cm.

Vale dizer que, apenas as fases relativas às componentes de 19 anos, decorrentes da precessão dos nós lunares, a componente octonal, a componente anual e a semi-anual respondem a excitações determinísticas, de origem astronômica, com períodos determinísticos ligados às órbitas da Terra, da Lua, ( ao aquecimento sazonal ao efeito perigeu /apogeu).

As componentes que podem estar relacionadas às periodicidades das manchas solares, além de radiacionalmente bastante pequenas, como causa, são, já na sua origem, variáveis com grande grau de aleatoriedade, não determinísticas, que variam o nível estérico do mar de forma desproporcionalmente maior à sua intensidade de origem e ainda não são bem entendidas Morettin et al (1993 ).

Por isso é muito provável que sua ocorrência pode estar ligada a incerteza maior da fase do que os 1,8 anos acima mencionados, pois a estimativa desses intervalos baseou-se em outras medições, em estudos de variação do aquecimento sazonal Mesquita (2003).

Em vista desse determinismo causal, as variações sazonais, devidas às componentes anual e semi-anual que exibem padrões determinísticos conhecidos, como também a nodal, decorrentes de ações periódicas, não devem causar flutuabilidade extra do (cdod), mas as relativas ao ENSO por exemplo, provavelmente sim, em razão de sua pequena intensidade radiacional causal, aleatoriedade da interação de dois fluidos de onde emerge e, proporcionalmente, elevado grau variação que pode causar à flutuação do (n.r.m.).

Esse arrazoado parece ser verdadeiro para a costa brasileira, mas é difícil saber se essas variações identificadas no (cdod) podem ser estendidas a todos os oceanos. Parece certo supor que a conjectura deva ser levada em consideração e, nesse caso, podem ser retiradas da soma as contribuições das componentes nodal, octonal, anual e semi-anual.

Sendo assim, pelo menos a metade do aumento (36cm) do (n.r.m.), acima estimado, pode produzir, utilizando-se a equivalência de Munk entre razão de variação do nível eustático do mar e (cdod), (12cm/século equivale a 1,2 ms/século), um aumento adicional do (cdod), causado pelas variações decadais do (n.r.m.), de cerca de 3,6 ms/século para mais ou para menos.

Se for usada outra correspondência entre (cdod) e a variação de volume, tal como 12cm/séc equivalendo a 2,9 ms, obtem-se 8,7 ms que, contudo, não tem correspondência na variabilidade do (cdod) no século passado conforme pode-se ver na Fig 1.

A ordem de grandeza das variações decadais do (cdod) de 4ms, da Figura 1, entre 1900 e 2000 e é pois, muito provável que esteja relacionada com os fenômenos das manchas solares Morettin, et al (1993) e mesmo até relacionada com a ocorrência de ondas planetárias oceânicas, Fig 10, que têm amplitudes elevadas.

Do arrazoado acima pode-se inferir que as variações decadais do (cdod), quaisquer que sejam suas causas, são naturalmente filtradas, por serem menos influentes na determinação da inclinação de longo termo, (ou razão de variação de longo termo), se forem escolhidas séries do PSMSL com comprimento maior do que os períodos de 23 anos das faixas espectrais mostradas na Fig 10; pelo menos dois, ou três ciclos de 23 anos, como as séries levadas em consideração na composição da Fig 11, que têm comprimentos entre 60 a maiores do que 100 anos.

Fig 11 - Valores de F das séries (PSMSL), também chamadas de “séries planetárias” contra os valores de inclinação das séries com mais de 60 anos de comprimento (pontos) e maiores do que 100 anos (estrela).

De fato, o exame da Fig 11 mostra que, nesse caso, a estrutura básica de árvore de natal ainda perdura, embora libertada de muitos ramos, tanto à direita, quanto à esquerda.O tronco continua passando pelo valor F = 0 e seus ramos, para maiores valores de F, caem a esquerda e à direita, com o ramo menor de valores máximos de F ocorrendo no lado negativo e exibindo inclinações negativas maiores (razões de variação negativas maiores); o tronco à direita, se alinha ao longo de curva, claramente identificável, que se origina no ponto (F = 0, inclinação = 0) e indica, extrapolando-se para F=18 mm, o valor da inclinação de 1,8 mm/ano ou 18cm/século. Valor igual ao estimado pelo IPCC (Intergovernmental Panel for Climate Changes) para a razão de variação global do nível do mar.

Os valores de F do tronco à esquerda se alinham ao longo de linha curva, não claramente identificável, que extrapolando, indica para F=18 mm, valores de inclinação das séries entre -5 e - 3 mm/ano, ou - 50 e -30 cm/século. Estes valores somados a + 1,8 mm/ano produzem -3,2 e -1,2 mm/ano ou -32cm/século e - 12 cm/século para a razão de variação global. Isto é, valores negativos para a razão de variação do (n.r.m.) global bem diferentes do indicado pelo IPCC.

Tomando-se para a definição da curva, ao longo da qual se fará a extrapolação da linha que une as séries de comprimento maior do que 100 anos (estrelas), não a partir do tronco da árvore, mas à partir do menor valor F do lado negativo da Figura 11, vê-se, extrapolando para F=18 ou F=14 que a curva atinge o valor de -2,1 mm/ano.

Esse valor, somado a 1,8 mm/século,do lado positivo da árvore, produz uma soma de -0.3mm/ano ou -3,0 cm /século, que se compara bem, quanto ao sinal, com os valores de – 3.8 cm/século, derivado da Tabela I e – 1,9 cm/século, derivado da Fig 6 para o (n.r.m.) global.

Esses valores estão em conformidade com as variações do (cdod) estimadas na Fig 1 para o período nela indicado como Lageos e Starlette; medições feitas através de satélites artificiais nos últimos 25 anos, que tem variação de mesmo sinal, pois se o (cdod) diminui é porque a razão global de variação do (n.r.m.) também diminui e é o que ocorre nessas estimativas.E o enigma permanece?.

Isto parece dar consistência às presentes considerações, particularmente na atualidade, quando se tem meios adicionais de fazer as medições precisas das variáveis, através de satélites artificiais. Entretanto, se for feita a uma comparação da variação do (cdod) durante o período de 1930 até 1998, vê-se que elas não estão em conformidade com os valores da Tabela I.

Muito embora, na Fig 1, a variação do (cdod) seja negativa entre os anos 1920 e 1998 (- 0.89 ms/ano),portanto, em conformidade,quanto ao sinal, com os valores da Tabela I (– 0.19 mm/ano), fazendo-se a estimativa a partir de 1930 até 1965, aproximadamente, vê-se que nesse período, os sinais dos dois parâmetros são diferentes, somente passando a ser aproximadamente iguais e negativos, novamente à partir de então. E o enigma permanece !!!

Por outro lado, se se aceitar os resultados, tipificados na Fig 11, aceita-se também que os valores negativos das inclinações das séries, (razões de variação do (n.r.m.), podem ter comportamento diferente das inclinações de valores positivos, pois resultados, que fazem sentido, são também derivados de curvas delineadas à partir de origens diferentes de valores de F.

Aceita-se que os valores de F são, pela sua definição, independentes das inclinações das retas de regressão calculadas a partir das séries PSMSL e, ainda do exame da Figura 11, pode-se inferir que também não dependem do comprimento das séries, isto é, do número de dados anuais de cada série.

Isto posto, resumindo, pode-se então preliminarmente inferir:

1) - que F mede livremente um espécie de estado de variabilidade do (n.r.m.) de cada porto do planeta;

2 - que F, o estado de variabilidade, não depende da inclinação, do valor do aumento, ou da diminuição do (n.r.m.), isto é, das razões de variação histórica, estérica, eustática e crustal do (n.r.m.) ;

3) - que a distribuição dos valores de F, ao redor do globo terrestre é diferente, quanto a serem as inclinações de sinal positivo, ou negativo;

4) - que os valores de F se alinham no gráfico 11, ao longo de curvas diferentes, bem definidas, visualmente identificadas, do lado positivo e negativo da Figura.

5) - que os valores do estado da variabilidade medidas por F, aparentemente, decorrem de ajustes entre a aceleração da gravidade e a elasticidade da crosta de cada local, com valores de diferentes partes do globo se unindo, por alguma razão, ao longo de curvas distintas e diferentes, no gráfico F x Inclinação, (F x razão de variação do (n.r.m.), podendo seu estudo revelar particularidades das causas de sua distribuição geográfica.

Estes arrazoados, além de oferecer novas informações que podem vir a contribuir à solução do Enigma identificado por Walter Munk, trazem um conjunto de resultados que sugerem que a solução talvez deva ser procurada em, além das variáveis consideradas no parágrafo segundo destes escritos, também na variabilidade da crosta e do manto, que tem formas, aparentemente desconhecidas, de reagir às forçantes que determinam a variação global do nível relativo do mar.

Os valores de -1,9 cm/século a - 3,0 cm/século, calculados da Tabela 1 e da Fig 6 correspondem à uma redução drástica da variação das atuais estimativas de variação do (n.r.m.), conforme proposto por Munk (2002) como uma possível solução do Enigma.

Mais ainda é a estimativa global, a partir da Fig 11, com valores médios na parte negativa, que alcançam valores da ordem de -3.0mm/ano, que somados com o valor da parte positiva, 1,8mm/ano, produzem uma variação global da ordem de - 1,2mm/ano ou -12cm / século, que, coincidente e auspiciosamente, fecha o balanço procurado, resolvendo do Enigma.

Entretanto, esse fechamento de balanço, conforme acima discutido, é cercado de grande incerteza, que somente continuadas e sistemáticas medições do nível relativo do mar, como as medições para o GLOSS ((Global Observing Sea Lewvel Systems) e as indicadas na Sessão Capricórnio, que são mostradas em sessão mais adiante, podem ajudar a dirimir as inconsistências existentes, no balanço global do nível relativo do mar.

- Os “Terrenos de Marinha” e o “ PROBIO”

Em particular, na costa brasileira têm –se de conviver com o contraditório de ter o (n.r.m.) aumentando a razões bastante significativas, contra um fundo de escala, que tem variação regional e mesmo global negativa. Pergunta-se como proceder se esse processo continuar ocorrendo durante os anos a vir; dever-se-á ignorar o aumento resultante das atividades humanas?; dever-se-á tomar medidas mitigadoras a tempo ?

No caso de se decidir por medidas mitigadoras há uma dificuldade em fazê-lo legalmente, pois as leis que definem os limites marinhos da nação, se referem ao nível médio do mar do ano de 1831.Lei Número 9760 de 1946. Ocorre que, durante todos esses anos, o “datum”, a referência no terreno, aos quais os dados dos marégrafos de então eram atrelados, desapareceu nos descaminhos da administração pública (Eng Jose Antonio dos Santos Eng Chefe do INPH,. Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias, comunicações pessoais) e hoje, não existe mais.

Isso causa um problema às pessoas que tem propriedades nas praias do pais, pois devem pagar taxas, chamadas Laudêmio, pelo uso dos Terrenos de Marinha definidos pela Lei. Como não se sabe, no terreno, onde ficam as referências definidas na Lei, nas praias onde se encontram suas propriedades, pagam muitas vezes caro e, indevidamente, pela utilização desses espaços.

Um método foi divisado no sentido de se obter uma estimativa segura das linhas das preamares médias do ano de 1831, segundo diferentes hipóteses, que foi utilizado nas praias de Barra do Una e Praia do Pulso, no litoral do Estado de São Paulo. O método utilizado está descrito no endereço www.mares.io.usp.br, Ícone Afro – América GLOSS News (AAGN), onde também se faz um pequeno histórico sobre os Terrenos de Marinha.

As Figuras 12 e 13 mostram as plantas dos geo referenciamentos feitos, respectivamente, na Barra do Una e na Praia do Pulso, ambas localizadas no litoral norte do Estado de São Paulo. Pode-se ver que, na primeira, há um equivoco na definição dos 33 metros acima do nível de preamar média do ano de 1831 e, na segunda, qualquer que seja a preamar média utilizada para a contagem dos 33m em direção ao continente, os limites das propriedades particulares não invadem os “Terrenos de Marinha” da praia.

Fig 12 - Planta da Barra do Una mostrando as posições da preamar de Syzigia de Barra do Una em 2000, e a de 1831 segundo hipóteses de Brest, França, Cananeia, Brasil e IPCC. A linha de preamar sob a ação das ondas (Abril/Março 2001) também é indicada. Pode-se ver que medindo-se 33 m em direção ao continente não há invasão das propriedades particulares.

http://www.mares.io.usp.br/aagn/51/una/una.htm

Fig 13 – Planta da Praia do Pulso mostrando as posições do “datum” RN1, a régua de marés(tidal staff) e Pulso 1. As linhas na praia indicam as demarcações do nível das preamares de sigygia do ano de 1831 medidos de acordo com a variação dos portos de Brest, França, Cananeia, Brasil e de acordo com as projeções do IPCC. A distância entre linhas horizontais mais externas identificadas como linha Cananeia e linha Praia do Pulso (2000) é aproximadamente 10 m. Destas estimativas pode-se ver que tomando-se 33m em direção à praia nenhuma delas alcança as propriedades particulares. Ver http://www.mares.io.usp.br/aagn/7/arm/pulso_ing.htm

Também, de forma a mitigar os efeitos do aumento do (n.r.m.) nas costas brasileiras, foi feita a solicitação, pelo Ministério do Meio Ambiente : Projeto PROBIO (Projeto de Conservação e Utilização Sustentável da Diversidade Biológica Brasileira) de que fossem estimadas as amplitudes das áreas e as modificações ecológicas das regiões próximas à costa, decorrentes do aumento do (n.r.m.), segundo várias hipóteses de aumento do nível do mar, nos próximos 100 anos. Muito embora não tenha sido preocupação da proposta do PROBIO, é claro que essas delimitações passam pela definição dos limites legais do território nacional e a mesma metodologia utilizada, nas praias do Una e do Pulso, será utilizada para a definição legal das áreas interesse do Projeto do MMA, na Base de Cananeia do IOUSP.

- O Programa GLOSS Brasil

A continuação das medições do nível do mar em escala global está agora amparada em programas da COI/UNESCO como o GLOSS ( Global Observing Sea Level System). Com recursos da CIRM ( Comissão Interministerial para os Recursos do Mar) foi estabelecido em 2004 o Plano de Implementação do Programa GLOSS Brasil, junto a Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil.

Algumas das estações de medição do nível do mar, constantes desse plano estão indicadas na Fig 14, que contém não apenas as estações do GLOSS, mas outras estações permanentes anteriormente mantidas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias (INPH), do Ministério dos Transportes, pela Marinha do Brasil, Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN) e pela Universidade de São Paulo (USP).

Fig 14 – As posições das estações Permanentes, Pelágicas e do GLOSS (até 2002) de medição do nível relativo do mar na costa Brasileira. A Sessão Capricórnio é projetada fazer medições até o fundo oceânico, ser ocupada a cada ano e ter boia meteorológica/oceanográfica na sua posição mais ao largo.

Também estão indicadas as estações pelágicas de ocupação não permanente, com medições obtidas em mar profundo, juntamente com a Sessão Capricórnio, que contém uma proposta para se fazer o exame oceanográfico / meteorológico, das mudanças globais da atualidade, na profundidade oceânica e nas suas interfaces ar/mar e com o fundo oceânico. Uma bóia oceânica deverá ocupar a extremidade da sessão, fazendo medições meteorológicas e oceanográficas e sua manutenção será feita durante os Cruzeiros anuais de ocupação da sessão.

Através dessas medições será possível acompanhar, ano a ano, a evolução dos valores térmicos em diferentes profundidades da sessão na nossa costa, tal como descrito Munk (op.cit) para dados globais, no entendimento da evolução temporal e do balanço das diferentes variáveis astronômicas, oceanográficas, meteorológicas e agora também geofísicas, relacionadas com o nível relativo do mar. Fig 15.

Fig 15 – Parte de Cima .- Conteúdo de calor. Curvas cheias indicam medições globais de temperatura e os conteúdos de calor associados entre 0 e 3000m no oceano global no período 1950 -2000. Curvas pontuadas são previsões numéricas de dois programas de computador para o período 1880 -2000. À direita está a escala de variação do nível estérico do mar correspondente . A linha A B corresponde a variação do nível estérico na razão de 12 cm/século.
Parte de Baixo-. Mudanças de valores de temperatura em diferentes profundidades. Escalas verticais são ajustadas a diferentes profundidades na razão 1:2:4. e as previsões numéricas no período 1950 - 2000. (Adaptado de Munk (2002)).

Como pode ser visto, existem variações da ordem de 0.05 graus centígrados, perfeitamente mensuráveis, através de Navios Oceanográficos capacitados e equipados com guinchos para fazer medições às profundidades de 5 a 6 mil metros. As medições de temperatura são de extrema importância para a determinação das variações do nível estérico do mar na nossa costa e podem ajudar a contribuir na solução do presente Enigma.

Uma das inconformações de Munk(op.cit.) para resolvê-lo é a de que, “A compilação de Levitus virtualmente fechou a atribuição do aumento residual do oceano devido ao aquecimento global (embora não se tenha conhecimento dos valores das profundidades abissais e dos Oceanos do Sul)”.

Em resposta a essa realidade dos Oceanos do Sul, precisa-se adquirir condições de poder fazer avaliações, ano a ano, da variabilidade térmica e salina das águas abissais no Atlântico Sul (da Água Antártica de Fundo, da Água Profunda do Atlântico Norte, bem como da Água Intermediária Antártica). No Atlântico Sul, é, entre outros, o Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo que reúne melhores condições de fazê-las, provavelmente em colaboração com a DHN da Marinha do Brasil e claramente é responsabilidade dos Docentes dessa Instituição fazê-las, através de medições como as propostas, desde o final da década dos 80, na Sessão Capricórnio. Fig 14.

Além disso, poderão também ser feitas previsões, através de modelo numérico, França (2000),da variação anual da quantidade de calor armazenada nas diferentes Massas de Água do Atlântico Sul que, vindas do Antártico e do Ártico, ocupam as profundidades do Atlântico Sul, bem como nas Águas de superfície e da Corrente do Brasil e assim, contribuir para a correta estimação da evolução do nível estérico do mar e de sua contribuição na composição do (n.r.m.) em escala global, respondendo utilmente às expectativas da comunidade científica.

Por essa razão e outras igualmente importantes, as medições na Sessão Capricórnio são necessárias para a continuidade dos presentes estudos e, o apoio do MCT/CPTEC/INPE, junto aos órgãos como CNPq, FAPESP e outros, para que elas possam obter o financiamento para a finalidade a que se propõem, é bastante desejado e será altamente apreciado e reconhecido.

Referências

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