Termoklina - Thermocline

Wykres przedstawiający termoklinę oceanu tropikalnego (głębokość w funkcji temperatury). Zwróć uwagę na szybką zmianę między 100 a 1000 metrów. Temperatura jest prawie stała po głębokości 1500 metrów.

Termokliny (znany również jako warstwę termiczną lub metalimnion w jeziorach) jest cienkim, ale różni się warstwa dużego zbiornika cieczy (na przykład wody , jak w morzu lub jeziorze lub powietrza, na przykład z atmosfery ), w której temperatura zmieniała się więcej drastycznie z głębokością niż w warstwach powyżej lub poniżej. W oceanie termoklina oddziela górną warstwę mieszaną od spokojnej, głębokiej wody poniżej.

W zależności od pory roku , szerokości geograficznej i turbulentnego mieszania przez wiatr , termokliny mogą być półtrwałą cechą akwenu, w którym występują, lub mogą tworzyć się tymczasowo w odpowiedzi na takie zjawiska, jak radiacyjne ogrzewanie/chłodzenie wód powierzchniowych. w ciągu dnia/nocy. Czynniki wpływające na głębokość i grubość termokliny obejmują sezonowe zmiany pogody , szerokość geograficzną i lokalne warunki środowiskowe, takie jak pływy i prądy .

Oceany

Wykres różnych termoklin (głębokość w funkcji temperatury) na podstawie pór roku i szerokości geograficznej
Dwie meduzy księżycowe zakłócające termoklinę w górnej warstwie wody fiordu Gullmarn , Szwecja

Większość energii cieplnej światła słonecznego, które pada na Ziemię, pochłaniana jest w ciągu pierwszych kilku centymetrów powierzchni oceanu, który nagrzewa się w ciągu dnia i chłodzi w nocy, ponieważ energia cieplna jest tracona w przestrzeni przez promieniowanie. Fale mieszają wodę w pobliżu warstwy powierzchniowej i rozprowadzają ciepło do głębszej wody, tak że temperatura może być stosunkowo jednolita na górnych 100 metrach (330 stóp), w zależności od siły fali i występowania turbulencji powierzchniowych spowodowanych przez prądy. Poniżej tej warstwy mieszanej temperatura pozostaje względnie stabilna w cyklach dzień/noc. Temperatura głębin oceanu spada stopniowo wraz z głębokością. Ponieważ słona woda nie zamarza, dopóki nie osiągnie -2,3 °C (27,9 °F) (zimniej wraz ze wzrostem głębokości i ciśnienia), temperatura znacznie poniżej powierzchni zwykle nie jest daleko od zera.

Termoklina różni się głębokością. Jest półtrwały w tropikach, zmienny w regionach o klimacie umiarkowanym (często najgłębszy w lecie) i płytki do nieistniejących w regionach polarnych, gdzie słup wody jest zimny od powierzchni do dna. Warstwa lodu morskiego będzie działać jak koc izolacyjny.

Na otwartym oceanie termoklina charakteryzuje się ujemnym gradientem prędkości dźwięku , co sprawia, że ​​termoklina jest ważna w wojnie podwodnej, ponieważ może odbijać aktywny sonar i inne sygnały akustyczne. Wynika to z nieciągłości impedancji akustycznej wody spowodowanej nagłą zmianą gęstości.

Podczas nurkowania między dwoma zbiornikami można czasem zaobserwować termoklinę, w której temperatura wody spada o kilka stopni Celsjusza, na przykład tam, gdzie zimniejsza, wybrzuszona woda wpada do powierzchniowej warstwy cieplejszej wody. Nadaje wodzie wygląd pomarszczonego szkła, często używanego w oknach łazienkowych w celu zaciemnienia widoku i jest spowodowane zmienionym współczynnikiem załamania światła zimnej lub ciepłej wody. Te same schlieren można zaobserwować, gdy gorące powietrze unosi się z asfaltu na lotniskach lub na pustynnych drogach i jest przyczyną miraży .

Inne akweny

Termokliny można również zaobserwować w jeziorach. W chłodniejszym klimacie prowadzi to do zjawiska zwanego stratyfikacji . W okresie letnim ciepła woda, która jest mniej gęsta, zasiądzie na zimniejszej, gęstszej, głębszej wodzie z oddzielającą je termokliną. Warstwa ciepła nazywana jest epilimnion, a warstwa zimna to hypolimnion . Ponieważ ciepła woda jest wystawiona na działanie słońca w ciągu dnia, istnieje stabilny system, w którym dochodzi do bardzo niewielkiego mieszania ciepłej i zimnej wody, szczególnie przy bezwietrznej pogodzie.

Jeziora są podzielone na trzy oddzielne warstwy: epilimnion (I), metalimnion (II) i (III) hypolimnion .
Skale służą do powiązania każdej sekcji stratyfikacji z odpowiadającymi im głębokościami i temperaturami. Strzałka służy do pokazania ruchu wiatru nad powierzchnią wody, który inicjuje obrót w epilimnion i hypolimnion.

Jednym z rezultatów tej stabilności jest to, że w miarę upływu lata pod termokliną jest coraz mniej tlenu, ponieważ woda pod termokliną nigdy nie krąży na powierzchni, a organizmy w wodzie wyczerpują dostępny tlen. W miarę zbliżania się zimy temperatura wód powierzchniowych spadnie, ponieważ nocne chłodzenie dominuje w przenoszeniu ciepła. Osiąga się punkt, w którym gęstość chłodzącej wody powierzchniowej staje się większa niż gęstość wody głębinowej i zaczyna się wywracanie, gdy gęsta woda powierzchniowa opada pod wpływem grawitacji. Proces ten jest wspomagany przez wiatr lub jakikolwiek inny proces (na przykład prądy), który porusza wodę. Efekt ten występuje również w wodach Arktyki i Antarktyki, wynosząc na powierzchnię wodę, która choć ma niską zawartość tlenu, ma więcej składników odżywczych niż pierwotna woda powierzchniowa. To wzbogacające składników pokarmowych powierzchniowych może produkować kwitnienie z fitoplanktonu , co czyni te obszary produktywne.

Wraz ze spadkiem temperatury woda na powierzchni może stać się na tyle zimna, że ​​zamarznie, a jezioro/ocean zacznie pokrywać lodem. Nowa termoklina rozwija się tam, gdzie najgęstsza woda (4 ° C (39 ° F)) opada na dno, a mniej gęsta woda (woda zbliżająca się do punktu zamarzania) unosi się na górę. Gdy ta nowa stratyfikacja się utrwali, trwa ona do czasu, gdy woda ogrzeje się wystarczająco do „wiosenny obrót”, który następuje po stopieniu się lodu i wzroście temperatury wód powierzchniowych do 4 °C. Podczas tego przejścia może powstać pasek termiczny .

Fale mogą wystąpić na termoklinie, powodując drgania głębokości termokliny mierzonej w jednym miejscu (zwykle jako forma seiche ). Alternatywnie, fale mogą być indukowane przez przepływ nad podniesionym dnem, wytwarzając falę termokliny, która nie zmienia się w czasie, ale zmienia się na głębokość, gdy poruszamy się w kierunku przepływu lub pod prąd.

Atmosfera

Niższa atmosfera również zazwyczaj zawiera granicę między dwoma odrębnymi obszarami ( troposferą i stratosferą ), ale ta granica ( tropopauza ) wykazuje zupełnie inne zachowanie. Mogą jednak wystąpić termokliny atmosferyczne lub inwersje , np. gdy nocne ochłodzenie powierzchni Ziemi wytwarza zimne, gęste, często spokojne powietrze przylegające do ziemi. Najzimniejsze powietrze przylega do gruntu, a jego temperatura wzrasta wraz z wysokością. Na szczycie tej nocnej warstwy granicznej (która może mieć tylko sto metrów grubości) ponownie obserwuje się normalny adiabatyczny profil temperatury troposfery (tj. temperatura malejąca wraz z wysokością). Termoklina lub warstwa inwersyjna występuje, gdy profil temperatury zmienia się z dodatniego na ujemny wraz ze wzrostem wysokości. Stabilność nocnej inwersji jest zwykle niszczona wkrótce po wschodzie słońca, ponieważ energia słoneczna ogrzewa ziemię, co z kolei ogrzewa powietrze w warstwie inwersji. Cieplejsze, mniej gęste powietrze następnie unosi się, niszcząc w ten sposób stabilność charakteryzującą nocną inwersję.

Zjawisko to zostało po raz pierwszy zastosowane w dziedzinie badań nad hałasem w latach 60. XX wieku, przyczyniając się do projektowania autostrad miejskich i ekranów akustycznych .

Zobacz też

  • Batytermograf  – urządzenie, które zawiera czujnik temperatury i przetwornik do wykrywania zmian temperatury wody w zależności od głębokości
  • Cyrkulacja termohalinowa  – część wielkoskalowej cyrkulacji oceanicznej, która jest napędzana przez globalne gradienty gęstości tworzone przez ciepło powierzchniowe i strumienie wody słodkiej
  • Sztuczny upwelling  – Zastąpienie przez głębokie wody poruszające się w górę wód powierzchniowych napędzane wiatrem na morzu
  • Wyporność  — siła skierowana w górę, która przeciwstawia się ciężarowi przedmiotu zanurzonego w płynie
  • SOFAR channel , znany również jako Deep sound channel – Pozioma warstwa wody w oceanie, na której głębokość prędkość dźwięku jest minimalna
  • Stratyfikacja jeziora  – Rozdzielenie wody w jeziorze na odrębne warstwy
  • Bariera akustyczna  — konstrukcja zewnętrzna na infrastrukturze służąca do zapobiegania ucieczce głośnych dźwięków
  • Oscylacja południowa
  • Cienkie warstwy (oceanografia)

Bibliografia

Zewnętrzne linki