| Водные слои |
|---|
| Стратификация |
| Смотрите также |
Пикноклин является Cline или слой , где плотность градиента (∂ ρ/∂ z) является наибольшим в водоеме. Океанское течение создается такими силами, как прибойные волны, разница температур и солености, ветер, эффект Кориолиса и приливы, вызванные гравитационным притяжением Луны и Солнца. Кроме того, физические свойства пикноклина, обусловленные градиентами плотности, также влияют на потоки и вертикальные профили в океане. Эти изменения могут быть связаны с переносом тепла, соли и питательных веществ через океан, а диффузия пикноклина контролирует апвеллинг. [1]
Ниже смешанного слоя устойчивый градиент плотности (или пикноклин) разделяет верхнюю и нижнюю воду, препятствуя вертикальному переносу. [2] Это разделение оказывает важное биологическое воздействие на океан и морские живые организмы. Однако вертикальное перемешивание через пикноклин - обычное явление в океанах и происходит за счет турбулентности, создаваемой сдвигом . [3] Такое перемешивание играет ключевую роль в транспортировке питательных веществ. [4]
Физическая функция [ править ]
Турбулентное перемешивание, создаваемое ветрами и волнами, передает тепло вниз от поверхности. В низких и средних широтах это создает смешанный с поверхности слой воды почти однородной температуры, который может быть от нескольких метров до нескольких сотен метров. Ниже этого перемешанного слоя, на глубинах 200–300 м в открытом океане, температура начинает быстро понижаться примерно до 1000 м. Водный слой, в котором температурный градиент наиболее крутой, известен как постоянный термоклин . [5]Разница температур через этот слой может достигать 20 ℃, в зависимости от географической широты. Постоянный термоклин совпадает с изменением плотности воды между более теплыми поверхностными водами с низкой плотностью и нижележащими холодными плотными придонными водами. Область быстрого изменения плотности известна как пикноклин, и она действует как барьер для вертикальной циркуляции воды; таким образом, он также влияет на вертикальное распределение определенных химических веществ, которые играют роль в биологии морей. Резкие градиенты температуры и плотности также могут ограничивать вертикальные перемещения животных. [6]
Биологическая функция [ править ]
Скорость роста фитопланктона контролируется концентрацией питательных веществ, и регенерация питательных веществ в море является очень важной частью взаимодействия между более высокими и низкими трофическими уровнями . Разделение из-за образования пикноклина препятствует поступлению питательных веществ из нижнего слоя в верхний слой. Потоки питательных веществ через пикноклин ниже, чем через другие поверхностные слои. [7]
Микробная петля [ править ]
Микробная петля трофический путь в морской микробной пищевой сети. Термин «микробная петля» был введен Азамом и соавт. (1983), чтобы описать роль, которую играют микробы в циклах углерода и питательных веществ морской экосистемы, где растворенный органический углерод (DOC) возвращается на более высокие трофические уровни за счет включения в бактериальную биомассу, а также в сочетании с классической пищевой цепью, образованной фитопланктоном - зоопланктон - нектон .
В конце цветения фитопланктона, когда водоросли переходят в стадию старения, происходит накопление фитодетрита и повышенное высвобождение растворенных метаболитов. Именно в это время бактерии могут использовать эти источники энергии для размножения и создания резкого импульса (или цветения), который следует за цветением фитопланктона. Такая же взаимосвязь между фитопланктоном и бактериями влияет на вертикальное распределение бактериопланктона. Максимальное количество бактерий обычно встречается в пикноклине, где фитодетрит накапливается, опускаясь из вышележащей эвфотической зоны . Там разложение бактериями способствует образованию слоев минимального содержания кислорода в стабильных водах. [8]
Вертикальная миграция Diel [ править ]
Одна из наиболее характерных особенностей поведения планктона - это вертикальная миграция, которая происходит с 24-часовой периодичностью. Это часто называют суточной или простой вертикальной миграцией . Вертикальное расстояние, пройденное за 24 часа, варьируется, обычно оно больше у более крупных видов и лучших пловцов. Но даже маленькие веслоногие рачки могут мигрировать на несколько сотен метров дважды за 24 часа, а более сильные пловцы, такие как эвфаузииды и пелагические креветки, могут пройти 800 м и более. [9] Глубина миграции может быть ограничена наличием термоклина или пикноклина. Однако фитопланктон и зоопланктон, способные к вертикальной миграции, часто концентрируются в пикноклине. [10] Кроме того, морские организмы, обладающие навыками плавания через термоклин или пикноклин, могут испытывать сильные градиенты температуры и плотности, а также значительные изменения давления во время миграции.
Стабильность [ править ]
Пикноклины становятся нестабильными, когда их число Ричардсона падает ниже 0,25. Число Ричардсона - это безразмерная величина, выражающая отношение потенциальной энергии к кинетической. Это отношение падает ниже 0,25, когда скорость сдвига превышает расслоение. Это может вызвать нестабильность Кельвина-Гельмгольца , приводящую к турбулентности, которая приводит к перемешиванию. [11]
Изменения глубины или свойств пикноклина можно смоделировать с помощью моделей некоторых компьютерных программ. Самый простой подход к этим моделям - изучить модель откачки Экмана, основанную на модели общей циркуляции океана (OCGM). [12]
Типы клин [ править ]
- Термоклин - клин, основанный на разнице температуры воды ,
- Хемоклин - клин, основанный на различии химического состава воды ,
- Галоклин - клин, основанный на разнице солености воды .
- Лютоклин - клин, основанный на разнице мутности воды .
См. Также [ править ]
- Изопикнальный
- Океанография
- Тонкие слои (океанография)
Заметки [ править ]
- ^ 1. Ананд Гнанадезикан. 1999. Простая прогностическая модель структуры океанического пикноклина. Science 283 (5410): 2077–2079.
- ^ 2 Манн и Лазье (2006). Динамика морских экосистем. 3-е издание. Блэквелл Паблишинг. Глава 3.
- ^ Турбулентное перемешивание в стратифицированных жидкостях, Ежегодный обзор гидромеханики (1991)
- ^ Вертикальное перемешивание и перенос через стратифицированный слой сдвига, Журнал физической океанографии (2001)
- ^ 3. Кнаусс, Джон А. (1997). Введение в физическую океанографию. 2-е издание, Прентис-Холл. Глава 1
- ^ 4. Лалли и Парсон (1993). Биологическая океанография: введение. Пергамский пресс. Глава 2.
- ^ 5. Хейлз Б., Хеберт Д. и Марра Дж. 2009. Турбулентное снабжение фитопланктоном питательными веществами на фронте отрыва шельфа Новой Англии. Журнал геофизических исследований. Vol. 114, C05010, DOI : 10,1029 / 2008JC005011 .
- ^ 6. Лалли и Парсон (1993). Биологическая океанография: введение. Пергамский пресс. Глава 5.
- ^ 7. Лалли и Парсон (1993). Биологическая океанография: введение. Пергамский пресс. Глава 4.
- ^ 8. Хилл, А.Е. 1998. Вертикальная миграция Диля в стратифицированных приливных потоках: последствия для распространения планктона. Журнал морских исследований , том 56, стр. 1069-1096.
- ^ Стратификация по плотности, турбулентность, но насколько сильно перемешивание? Ежегодный обзор гидромеханики (2008 г.)
- ^ 10. Capotondi, A., Alexander, MA, Deser, C., and Miller, A. 2004. Низкочастотная изменчивость пикноклина в северо-восточной части Тихого океана. Американское метеорологическое общество. Vol. 35, с. 1403-1420.
Ссылки [ править ]
- Ананд Гнанадезикан. 1999. Простая прогностическая модель структуры океанического пикноклина. Science 283 (5410): 2077–2079.
- Манн и Лазье (2006). Динамика морских экосистем. 3-е издание. Блэквелл Паблишинг. Глава 3.
- Кнаусс, Джон А. (1997). Введение в физическую океанографию. 2-е издание, Прентис-Холл. Глава 1
- Лалли и Парсон (1993). Биологическая океанография: введение. Пергамский пресс. Глава 2.
- Хейлз Б., Хеберт Д. и Марра Дж. 2009. Турбулентное снабжение фитопланктоном питательными веществами на фронте отрыва шельфа Новой Англии. Журнал геофизических исследований. Vol. 114, C05010, DOI : 10,1029 / 2008JC005011 .
- Лалли и Парсон (1993). Биологическая океанография: введение. Пергамский пресс. Глава 5.
- Лалли и Парсон (1993). Биологическая океанография: введение. Пергамский пресс. Глава 4.
- Хилл, А.Е. 1998. Вертикальная миграция Диль в стратифицированных приливных потоках: последствия для распространения планктона. Журнал морских исследований , том 56, стр. 1069–1096.
- Талли, Линн Д., Пикард, Джордж Л., Эмери, Уильям Дж. И Свифт, Джеймс Х. Описательная физическая океанография: введение. 6-е
- Капотонди А., Александер М.А., Дезер К. и Миллер А. 2004. Низкочастотная изменчивость пикноклина в северо-восточной части Тихого океана. Американское метеорологическое общество. Vol. 35. С. 1403–1420.
