Lasers capturam dança invisível do vento e das ondas do mar

Utilizando um inédito sistema de medição a laser, instalado a bordo da plataforma de pesquisa FLIP (Floating Instrument Platform) no Oceano Pacífico, cientistas conseguiram pela primeira vez capturar imagens de alta resolução do fluxo de ar acima da superfície do oceano, de apenas alguns milímetros até um metro acima da linha d’água.

As interações entre o vento e as ondas são um componente central dos sistemas climáticos e meteorológicos da Terra. Embora seja amplamente aceito entre os cientistas que essas interações complexas controlam a troca de energia, calor e gases de efeito estufa entre a atmosfera e o oceano – afetando o estado do mar, o clima e as correntes -, os mecanismos dessas trocas permaneciam largamente desconhecidos.

“Até agora, ninguém havia medido o fluxo de ar tão perto da superfície do oceano, muito menos mapeado os mecanismos de troca de energia em uma escala tão precisa,” disse Marc Buckley, do Instituto Hereon de Dinâmica Oceânica Costeira, na Alemanha. “Nossas observações lançam luz sobre uma fronteira física. Isso nos permitirá avançar o arcabouço teórico e desenvolver descrições mais precisas dos processos de troca ar-mar, que até agora foram apenas parcialmente compreendidos.”

Detalhes da técnica de medição.
[Imagem: Marc P. Buckley et al. – 10.1038/s41467-025-61133-1]

Velocimetria por imagem de partículas

As imagens são feitas com um laser que atravessa o ar e a água. O feixe verde atinge gotículas de água lançadas pelo ar – semelhante à névoa iluminada pela luz solar. Essas gotículas acompanham o movimento do fluxo de ar, espalham a luz do laser e tornam visíveis até os menores movimentos no ar.

Ao mesmo tempo, o laser penetra na superfície da água. Na superfície empurrada pelo vento a luz é refratada, revelando a estrutura da superfície da água.

Essa combinação permite a visualização tanto do ar quanto da água. O método é baseado na velocimetria por imagem de partículas, uma técnica consagrada em dinâmica de fluidos porque fornece informações precisas sobre a estrutura do fluxo e a velocidade do vento. Contudo, esta é a primeira vez que essa técnica é utilizada em mar aberto.

Campo de velocidade do fluxo de ar instantâneo medido sobre uma onda rápida na superfície do oceano. Embaixo, eventos de separação do fluxo de ar sobre ondas lentas.
[Imagem: Marc P. Buckley et al. – 10.1038/s41467-025-61133-1]

Mecanismos de interação vento-ondas

A observação inédita revelou dois mecanismos em ação acoplando o vento e as ondas. Ambos ocorrem simultaneamente, mas agem de forma diferente.

Ondas curtas, com cerca de um metro de comprimento, movem-se mais lentamente do que o vento. Isso causa uma separação do fluxo de ar porque a crista da onda bloqueia o vento, criando uma diferença de pressão que transfere energia para a onda.

Ondas longas, por outro lado – com até 100 metros de comprimento – movem-se mais rápido do que o vento e geram diferentes padrões de fluxo de ar ao longo do seu deslocamento.

Esses mecanismos operam simultaneamente em diferentes partes do campo de ondas – uma percepção crucial para melhorar os modelos atmosféricos e oceânicos.

A equipe agora planeja melhorar ainda mais o sistema de imageamento a laser, para que ele consiga capturar também movimentos abaixo da superfície da água com maior precisão.