# Conteúdo de calor do oceano

O conteúdo de calor do oceano (OHC) ou absorção de calor do oceano (OHU) é a energia absorvida e armazenada pelos oceanos. Para calcular o conteúdo de calor do oceano, é necessário medir a temperatura do oceano em muitos locais e profundidades diferentes. A integração da densidade de área de uma mudança na energia entálpica em uma bacia oceânica ou em todo o oceano fornece a absorção total de calor do oceano. Entre 1971 e 2018, o aumento do conteúdo de calor do oceano foi responsável por mais de 90% do excesso de energia da Terra proveniente do aquecimento global [en]. O principal fator desse aumento foi causado pelos seres humanos por meio do aumento das emissões de gases de efeito estufa. Em 2020, cerca de um terço da energia adicionada havia se propagado para profundidades abaixo de 700 metros.
Em 2023, os oceanos do mundo foram novamente os mais quentes no registro histórico e excederam o recorde máximo anterior de 2022. As cinco maiores observações de calor oceânico a uma profundidade de 2.000 metros ocorreram no período de 2019 a 2023. O Pacífico Norte, o Atlântico Norte, o Mediterrâneo e o Oceano Antártico registraram suas maiores observações de calor em mais de sessenta anos de medições globais. O conteúdo de calor do oceano e o aumento do nível do mar são indicadores importantes das mudanças climáticas.
A água do oceano pode absorver muita energia solar porque a água tem uma capacidade de aquecimento muito maior do que os gases atmosféricos. Como resultado, os poucos metros superiores do oceano contêm mais energia do que toda a atmosfera da Terra. Desde antes de 1960, navios e estações de pesquisa têm coletado amostras das temperaturas da superfície do mar e das temperaturas em maior profundidade em todo o mundo. Desde 2000, uma rede em expansão de quase 4.000 flutuadores robóticos Argo mediu anomalias de temperatura ou a mudança no conteúdo de calor do oceano. Com o aprimoramento da observação nas últimas décadas, o conteúdo de calor da parte superior do oceano foi analisado como tendo aumentado em uma taxa acelerada. A taxa líquida de mudança nos 2.000 metros superiores de 2003 a 2018 foi de +0,58±0,08 W/m2 (ou ganho médio anual de energia de 9,3 zettajoules [en]). É difícil medir as temperaturas com precisão durante longos períodos e, ao mesmo tempo, cobrir áreas e profundidades suficientes. Isso explica a incerteza nos números.
As mudanças na temperatura do oceano afetam muito os ecossistemas nos oceanos e na terra. Por exemplo, há vários impactos sobre os ecossistemas costeiros [en] e as comunidades que dependem de seus serviços ecossistêmicos. Os efeitos diretos incluem variações no nível do mar e no gelo marinho, mudanças na intensidade do ciclo da água e a migração [en] da vida marinha.

## Cálculos
### Definição

O conteúdo de calor do oceano é um termo usado na oceanografia física para descrever um tipo de energia potencial termodinâmica [en] que é armazenada no oceano. Ele é definido em coordenação com a equação de estado da água do mar. O TEOS-10 [en] é um padrão internacional aprovado em 2010 pela Comissão Oceanográfica Intergovernamental.
O cálculo do conteúdo de calor do oceano segue o da entalpia referenciada à superfície do oceano, também chamada de entalpia potencial [en]. Assim, as mudanças na CCE são mais facilmente comparáveis às trocas de calor da água do mar com o gelo, a água doce e o ar úmido. A CCE é sempre relatada como uma mudança ou como uma “anomalia” em relação a uma linha de base. Os valores positivos também quantificam a absorção de calor do oceano (OHU) e são úteis para diagnosticar para onde está indo a maior parte dos ganhos de energia planetária do aquecimento global.
Para calcular o conteúdo de calor do oceano, são necessárias medições da temperatura do oceano a partir de amostras de água do mar coletadas em muitos locais e profundidades diferentes. A integração da densidade de área do calor do oceano em uma bacia oceânica, ou em todo o oceano, fornece o conteúdo total de calor do oceano. Assim, o conteúdo total de calor do oceano é uma integral de volume do produto de temperatura, densidade e capacidade de calor sobre a região tridimensional do oceano para a qual os dados estão disponíveis. A maior parte das medições foi realizada em profundidades menores que cerca de 2000 m (1,25 milhas).
A densidade de área do conteúdo de calor do oceano entre duas profundidades é calculada como uma integral definida:
$H=c_{p}\int _{h2}^{h1}\rho (z)\Theta (z)dz$
Onde $c_{p}$ é a capacidade de calor específica da água do mar, h2 é a profundidade inferior, h1 é a profundidade superior, $\rho (z)$ é o perfil de densidade da água do mar in-situ, e $\Theta (z)$ é o perfil de temperatura conservadora [en]. $c_{p}$ é definido em uma única profundidade h0, geralmente escolhida como a superfície do oceano. Em unidades SI, $H$ tem unidades de Joules por metro quadrado (J-m-2).
Na prática, a integral pode ser aproximada por soma usando uma sequência suave e bem comportada de dados in situ, incluindo temperatura (t), pressão (p), salinidade (s) e sua densidade correspondente (ρ). Temperaturas conservadoras [en] $\Theta (z)$ são valores traduzidos em relação à pressão de referência (p0) em h0. Um substituto conhecido como temperatura potencial foi usado em cálculos anteriores.
As medições de temperatura versus profundidade do oceano geralmente mostram uma camada mista superior [en] (0-200 m), uma termoclina (200-1500 m) e uma camada oceânica profunda (>1500 m). Essas profundidades de limite são apenas aproximações grosseiras. A luz solar penetra em uma profundidade máxima de cerca de 200 m, sendo que os 80 m superiores constituem a zona habitável para a vida marinha fotossintética, cobrindo mais de 70% da superfície da Terra. A ação das ondas e outras turbulências na superfície ajudam a equalizar as temperaturas em toda a camada superior.
Ao contrário das temperaturas da superfície, que diminuem com a latitude, as temperaturas do oceano profundo são relativamente frias e uniformes na maioria das regiões do mundo. Cerca de 50% de todo o volume do oceano está em profundidades abaixo de 3000 m (1,85 milhas), sendo o Oceano Pacífico o maior e mais profundo das cinco divisões oceânicas. A termoclina é a transição entre as camadas superiores e profundas em termos de temperatura, fluxos de nutrientes, abundância de vida e outras propriedades. Ela é semipermanente nos trópicos, variável nas regiões temperadas (geralmente mais profunda durante o verão) e rasa ou inexistente nas regiões polares.

### Medições

As medições do conteúdo de calor do oceano apresentam dificuldades, especialmente antes da implantação dos flutuadores de perfil Argo. Devido à baixa cobertura espacial e à baixa qualidade dos dados, nem sempre foi fácil distinguir entre as tendências de aquecimento global de longo prazo e a variabilidade climática. Exemplos desses fatores complicadores são as variações causadas pelo El Niño-Oscilação Sul ou as mudanças no conteúdo de calor do oceano causadas por grandes erupções vulcânicas.
O Argo é um programa internacional de flutuadores robóticos de perfilamento [en] implantados globalmente desde o início do século XXI. As 3.000 unidades iniciais do programa foram ampliadas para quase 4.000 unidades até o ano de 2020. No início de cada ciclo de medição de 10 dias, um flutuador desce a uma profundidade de 1.000 metros e flutua com a corrente por nove dias. Em seguida, desce a 2.000 metros e mede a temperatura, a salinidade (condutividade) e a profundidade (pressão) em um último dia de subida à superfície. Na superfície, o flutuador transmite o perfil de profundidade e os dados de posição horizontal por meio de retransmissores de satélite [en] antes de repetir o ciclo.
A partir de 1992, o TOPEX/Poseidon e os altímetros subsequentes da série de satélites Jason [en] observaram a OHC integrada verticalmente, que é um componente importante do aumento do nível do mar. Desde 2002, o GRACE e o GRACE-FO monitoram remotamente as mudanças oceânicas usando gravimetria. A parceria entre o Argo e as medições por satélite produziu, portanto, melhorias contínuas nas estimativas da OHC e de outras propriedades oceânicas globais.

## Causas da absorção de calor

A absorção de calor do oceano é responsável por mais de 90% da absorção total de calor planetário, principalmente como consequência das mudanças na composição da atmosfera da Terra causadas pelo homem. Essa alta porcentagem se deve ao fato de que as águas na superfície do oceano e abaixo dela - especialmente a camada mista superior turbulenta - apresentam uma inércia térmica muito maior do que a crosta continental exposta do planeta, as regiões polares cobertas de gelo ou os próprios componentes atmosféricos. Um corpo com grande inércia térmica armazena uma grande quantidade de energia devido à sua capacidade de térmica e transmite energia de forma eficaz de acordo com seu coeficiente de transferência de calor. A maior parte da energia extra que entra no planeta pela atmosfera é absorvida e retida pelo oceano.
A absorção de calor planetário ou o conteúdo de calor é responsável por toda a energia adicionada ou removida do sistema climático. Ele pode ser calculado como um acúmulo ao longo do tempo das diferenças observadas (ou desequilíbrios [en]) entre a radiação total de entrada e de saída. As alterações no desequilíbrio foram estimadas a partir da órbita da Terra pelo CERES e outros instrumentos remotos, e comparadas com pesquisas in situ de alterações no inventário de calor nos oceanos, na terra, no gelo e na atmosfera. A obtenção de resultados completos e precisos de qualquer um dos métodos de contabilização é um desafio, mas de maneiras diferentes que são vistas pelos pesquisadores como sendo, em sua maioria, independentes uma da outra. Acredita-se que os aumentos no conteúdo de calor planetário para o período bem observado de 2005-2019 excedam as incertezas de medição.
Do ponto de vista do oceano, a irradiação solar equatorial mais abundante é absorvida diretamente pelas águas [en] da superfície tropical da Terra e impulsiona a propagação geral do calor em direção ao polo. A superfície também troca energia que foi absorvida pela troposfera inferior por meio do vento e da ação das ondas. Ao longo do tempo, um desequilíbrio sustentado no orçamento de energia da Terra [en] permite um fluxo líquido de calor para dentro ou para fora da maior profundidade do oceano por meio de condução térmica, subsidência e afloramento. As liberações de OHC para a atmosfera ocorrem principalmente por meio da evaporação e possibilitam o ciclo planetário da água. As liberações concentradas em associação com as altas temperaturas da superfície do mar ajudam a impulsionar ciclones tropicais, rios atmosféricos, ondas de calor atmosféricas e outros eventos climáticos extremos que podem penetrar muito no interior. Juntos, esses processos permitem que o oceano seja o maior reservatório térmico da Terra, que funciona para regular o clima do planeta, atuando tanto como um dissipador quanto como uma fonte de energia.
Do ponto de vista das regiões cobertas por terra e gelo, sua parcela de absorção de calor é reduzida e retardada [en] pela inércia térmica dominante do oceano. Embora o aumento médio da temperatura da superfície terrestre tenha excedido o da superfície oceânica devido à menor inércia (menor coeficiente de transferência de calor) da terra firme e do gelo, as temperaturas subiriam mais rapidamente e em maior quantidade sem o oceano completo. Medições da rapidez com que o calor se mistura ao oceano profundo também estão em andamento para fechar melhor os orçamentos de energia oceânica e planetária.

## Observações e mudanças recentes

Vários estudos independentes realizados nos últimos anos constataram um aumento de várias décadas no OHC das regiões superiores do oceano que começou a penetrar nas regiões mais profundas. A parte superior do oceano (0-700 m) aqueceu desde 1971, enquanto é muito provável que o aquecimento tenha ocorrido em profundidades intermediárias (700-2000 m) e que as temperaturas do oceano profundo (abaixo de 2000 m) tenham aumentado. A absorção de calor resulta de um desequilíbrio persistente de aquecimento no orçamento de energia da Terra [en], que é causado principalmente pelo aumento antropogênico dos gases de efeito estufa atmosféricos. Há uma confiança muito alta de que o aumento do conteúdo de calor do oceano em resposta às emissões antropogênicas de dióxido de carbono é essencialmente irreversível em escalas de tempo humanas.
Estudos com base nas medições do Argo indicam que os ventos da superfície do oceano, especialmente os ventos alísios subtropicais no Oceano Pacífico, alteram a distribuição vertical do calor do oceano, o que resulta em mudanças entre as correntes oceânicas e em um aumento da reviravolta subtropical, que também está relacionada aos fenômenos El Niño e La Niña. Dependendo das flutuações estocásticas da variabilidade natural, durante os anos de La Niña, cerca de 30% mais calor da camada superior do oceano é transportado para o oceano mais profundo. Além disso, estudos mostraram que aproximadamente um terço do aquecimento observado no oceano está ocorrendo na camada oceânica de 700 a 2000 metros.
Estudos de modelos indicam que as correntes oceânicas transportam mais calor para as camadas mais profundas durante os anos de La Niña, seguindo as mudanças na circulação dos ventos. Os anos com maior absorção de calor do oceano foram associados a fases negativas da Oscilação Decadal do Pacífico (ODP). Isso é de particular interesse para os cientistas climáticos que usam os dados para estimar a absorção de calor do oceano.
O conteúdo de calor do oceano superior na maioria das regiões do Atlântico Norte é dominado pela convergência do transporte de calor (um local onde as correntes oceânicas se encontram), sem grandes mudanças na relação de temperatura e salinidade. Além disso, um estudo de 2022 sobre o aquecimento antropogênico no oceano indica que 62% do aquecimento dos anos entre 1850 e 2018 no Atlântico Norte ao longo de 25°N é mantido na água abaixo de 700 m, onde uma grande porcentagem do calor excedente do oceano é armazenada.
Um estudo realizado em 2015 concluiu que o aumento do conteúdo de calor oceânico no Oceano Pacífico foi compensado por uma distribuição abrupta de OHC no Oceano Índico.
Embora os 2.000 m superiores dos oceanos tenham sofrido aquecimento em média desde a década de 1970, a taxa de aquecimento dos oceanos varia regionalmente, com o Atlântico Norte subpolar aquecendo mais lentamente e o Oceano Antártico absorvendo uma quantidade desproporcional de calor devido às emissões antropogênicas de gases de efeito estufa.
O aquecimento do oceano profundo abaixo de 2000 m foi maior no Oceano Antártico em comparação com outras bacias oceânicas.

## Impactos

O aquecimento dos oceanos é um dos motivos do branqueamento dos corais e contribui para a migração de espécies marinhas [en]. As ondas de calor marinhas são regiões de temperaturas da água persistentemente elevadas e com risco de morte. A redistribuição da energia interna do planeta pela circulação atmosférica e pelas correntes oceânicas produz variabilidade climática interna, geralmente na forma de oscilações irregulares, e ajuda a sustentar a circulação termoalina global.
O aumento do OHC é responsável por 30 a 40% do aumento global do nível do mar de 1900 a 2020 devido à dilatação térmica e também é um acelerador do derretimento do gelo marinho, dos icebergs e das geleiras de maré [en]. A perda de gelo reduz o albedo polar, ampliando [en] os desequilíbrios energéticos regionais e globais. O recuo do gelo resultante tem sido rápido e generalizado no gelo marinho do Ártico [en], e nos fiordes do norte, como os da Groenlândia e do Canadá. Os impactos no gelo marinho da Antártica [en] e nas vastas plataformas de gelo da Antártica [en] que desembocam no Oceano Antártico variaram de acordo com a região e também estão aumentando devido ao aquecimento das águas. A quebra da plataforma de gelo Thwaites [en] e de suas vizinhas da Antártica Ocidental contribuiu com cerca de 10% do aumento do nível do mar em 2020.
O oceano também funciona como um sumidouro e uma fonte de carbono, com um papel comparável ao das regiões terrestres no ciclo de carbono da Terra. De acordo com a dependência da temperatura da lei de Henry, o aquecimento das águas superficiais é menos capaz de absorver gases atmosféricos, incluindo oxigênio e as crescentes emissões de dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa da atividade humana. No entanto, a taxa na qual o oceano absorve dióxido de carbono antropogênico triplicou aproximadamente do início da década de 1960 até o final da década de 2010; uma escala proporcional ao aumento do dióxido de carbono atmosférico.
O aquecimento das profundezas do oceano tem o potencial adicional de derreter e liberar parte do vasto estoque de depósitos de hidratos de metano congelados que se acumularam naturalmente ali.