Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Краткое изложение пути термохалинной циркуляции. Синие пути представляют собой глубоководные течения, а красные пути - поверхностные.
Термохалинное кровообращение

Термохалинная циркуляция ( THC ) является частью крупномасштабной циркуляции океана, которая вызвана глобальными градиентами плотности, создаваемыми поверхностным теплом и потоками пресной воды . [1] [2] Прилагательное термохалинных происходит от термо- со ссылкой на температуру и -haline со ссылкой на содержание соли , факторы , которые вместе определяют плотность морской воды . Поверхностные течения, вызываемые ветром (например, Гольфстрим ), движутся к полюсам от экваториальной области.Атлантический океан , охлаждение в пути и, в конечном итоге, опускание в высоких широтах (образуя глубокие воды Северной Атлантики ). Затем эта плотная вода стекает в бассейны океана . В то время как основная его часть поднимается в Южном океане , самые старые воды (время прохождения около 1000 лет) [3] поднимаются вверх в северной части Тихого океана. [4] Таким образом, между океанскими бассейнами происходит интенсивное перемешивание, уменьшая различия между ними и делая океаны Земли глобальной системой.. Вода в этих контурах переносит энергию (в виде тепла) и массу (растворенные твердые вещества и газы) по всему земному шару. Таким образом, состояние циркуляции оказывает большое влияние на климат Земли.

Термохалинную циркуляцию иногда называют океанской конвейерной лентой, великим океанским конвейером или глобальной конвейерной лентой. Иногда он используется для обозначения меридиональной опрокидывающейся циркуляции (часто сокращенно MOC). Термин МОЦ является более точным и хорошо определенным, поскольку трудно отделить ту часть циркуляции, которая обусловлена ​​только температурой и соленостью, в отличие от других факторов, таких как ветер и приливные силы . [5] Более того, градиенты температуры и солености могут также привести к эффектам циркуляции, которые не учитываются в самой МОЦ.

Обзор [ править ]

Глобальная конвейерная лента на карте непрерывного океана

Движение поверхностных течений, вызванных ветром, довольно интуитивно понятно. Например, ветер легко создает рябь на поверхности пруда. Таким образом, ранние океанографы считали глубокий океан, лишенный ветра, совершенно статичным. Однако современные приборы показывают, что скорости течений в глубоководных массах могут быть значительными (хотя и намного меньше, чем у поверхности). В общем, скорость океанской воды колеблется от долей сантиметров в секунду (в глубине океанов) до иногда более 1 м / с в поверхностных течениях, таких как Гольфстрим и Куросио .

В глубоком океане преобладающей движущей силой является разница в плотности , вызванная изменениями солености и температуры (увеличение солености и понижение температуры жидкости увеличивают ее плотность). Часто возникает путаница по поводу компонентов циркуляции, которые зависят от ветра и плотности. [6] [7] Обратите внимание, что океанские течения из-за приливов также значительны во многих местах; Наиболее заметные в относительно мелководных прибрежных районах, приливные течения также могут быть значительными в глубоких океанах. В настоящее время считается, что они облегчают процессы смешивания, особенно диапиктическое смешивание. [8]

Плотность океанской воды не является однородной в глобальном масштабе, но варьируется значительно и дискретно. Между водными массами, которые образуются на поверхности и впоследствии сохраняют свою идентичность в океане, существуют четко определенные границы . Но эти резкие границы следует представлять не в пространстве, а в виде TS-диаграммы, на которой выделяются водные массы. Они располагаются друг над другом в зависимости от плотности , которая зависит как от температуры, так и от солености.

Теплая морская вода расширяется и поэтому менее плотная, чем более холодная морская вода. Более соленая вода более плотная, чем более свежая вода, потому что растворенные соли заполняют промежутки между молекулами воды, что приводит к увеличению массы на единицу объема. Более легкие водные массы плавают над более плотными (так же, как кусок дерева или льда будет плавать по воде, см. Плавучесть ). Это известно как «стабильная стратификация» в отличие от нестабильной стратификации (см. Частоту Бранта-Вяйсяля) [ требуется пояснение ], когда более плотные воды расположены над менее плотными водами (см. Конвекциюили глубокая конвекция, необходимая для образования водной массы). Когда плотные водные массы образуются впервые, они не стратифицированы стабильно, поэтому они стремятся занять правильное вертикальное положение в соответствии с их плотностью. Это движение называется конвекцией, оно упорядочивает расслоение под действием гравитации. Под влиянием градиентов плотности это создает главную движущую силу глубинных океанских течений, таких как глубокое западное пограничное течение (DWBC).

Термохалинная циркуляция в основном обусловлена ​​образованием глубинных водных масс в Северной Атлантике и Южном океане, вызванным различиями в температуре и солености воды. Эта модель была описана Генри Стоммелом и Арнольдом Б. Аронсом в 1960 году и известна как коробчатая модель Стоммеля-Аронса для MOC. [9]

Формирование глубоководных масс [ править ]

Плотные водные массы, погружающиеся в глубокие бассейны, образуются в довольно специфических областях Северной Атлантики и Южного океана . В Северной Атлантике морская вода на поверхности океана сильно охлаждается ветром и низкими температурами окружающего воздуха. Ветер, движущийся над водой, также вызывает большое количество испарений, что приводит к снижению температуры, называемому испарительным охлаждением, связанным со скрытой теплотой. Испарение удаляет только молекулы воды, что приводит к увеличению солености морской воды, оставшейся после, и, таким образом, к увеличению плотности водной массы вместе с понижением температуры. В Норвежском море преобладает испарительное похолодание, и тонущая водная массаГлубоководные воды Северной Атлантики (NADW) заполняют бассейн и разливаются на юг через трещины в подводных порогах , соединяющих Гренландию , Исландию и Великобританию и известные как Гренландия-Шотландия-хребет. Затем он очень медленно впадает в глубокие абиссальные равнины Атлантики, всегда в южном направлении. Однако поток из бассейна Северного Ледовитого океана в Тихий океан блокируется узкими отмелями Берингова пролива .

Влияние температуры и солености на максимум плотности морской воды и температуру замерзания морской воды.

В Южном океане сильные стоковые ветры, дующие с антарктического континента на шельфовые ледники, сдувают новообразованный морской лед , открывая полыньи вдоль побережья. Океан, больше не защищенный морским льдом, терпит жестокое и сильное похолодание (см. Полынь ). Между тем морской лед начинает преобразовываться, поэтому поверхностные воды также становятся более солеными, а значит, очень плотными. Фактически, образование морского льда способствует увеличению солености поверхностной морской воды; более соленый рассолостается позади, так как вокруг него образуется морской лед (чистая вода предпочтительно замораживается). Повышение солености снижает температуру замерзания морской воды, поэтому холодный жидкий рассол образуется во включениях в сотах изо льда. Рассол постепенно растапливает лед прямо под ним, в конечном итоге капая из ледяной матрицы и опускаясь. Этот процесс известен как отказ от рассола .

Образовавшаяся донная вода Антарктики (AABW) опускается и течет на север и восток, но настолько плотная, что фактически опускается ниже NADW. AABW, сформированная в море Уэдделла, будет в основном заполнять Атлантический и Индийский бассейны, тогда как AABW, сформированная в море Росса, будет течь в сторону Тихого океана.

Плотные водные массы, образованные в результате этих процессов, текут вниз по дну океана, как поток в окружающей менее плотной жидкости, и заполняют бассейны полярных морей. Подобно тому, как долины рек направляют ручьи и реки на континенты, рельеф дна ограничивает глубинные и придонные водные массы.

Обратите внимание, что, в отличие от пресной воды, морская вода не имеет максимума плотности при 4 ° C, но становится более плотной по мере охлаждения до точки замерзания примерно -1,8 ° C. Однако эта точка замерзания является функцией солености и давления, и, таким образом, -1,8 ° C не является общей температурой замерзания для морской воды (см. Диаграмму справа).

Движение глубоководных масс [ править ]

Воспроизвести медиа
Поверхностные воды текут на север и опускаются в густой океан около Исландии и Гренландии. Он соединяет глобальную термохалинную циркуляцию в Индийском океане и Антарктическое циркумполярное течение . [10]

Формирование и движение глубинных водных масс в северной части Атлантического океана создает тонущие водные массы, которые заполняют бассейн и очень медленно текут в глубокие абиссальные равнины Атлантического океана. Это охлаждение в высоких широтах и ​​нагревание в низких широтах приводят к движению глубинных вод в полярном южном потоке. Глубокая вода течет через бассейн Антарктического океана вокруг Южной Африки, где она разделяется на два маршрута: один в Индийский океан, а другой через Австралию в Тихий океан.

В Индийском океане некоторая часть холодной и соленой воды из Атлантики - привлеченная потоком более теплой и свежей воды верхнего слоя океана из тропической части Тихого океана - вызывает вертикальный обмен плотной, тонущей воды с более легкой водой выше. Это называется переворачиванием . В Тихом океане остальная часть холодной и соленой воды Атлантического океана подвергается халинному воздействию и быстрее становится теплее и свежее.

Из-за истечения из дна холодной и соленой воды уровень моря в Атлантике немного ниже, чем в Тихом, а соленость или хелинность воды в Атлантике выше, чем в Тихом. Это создает большой, но медленный поток более теплой и свежей воды верхнего слоя океана из тропической части Тихого океана в Индийский океан через Индонезийский архипелаг, чтобы заменить холодную и соленую воду антарктического дна . Это также известно как «халинное воздействие» (чистый приток пресной воды в высоких широтах и ​​испарение в низких широтах). Эта более теплая и свежая вода из Тихого океана течет через Южную Атлантику в Гренландию , где она охлаждается и подвергается испарительному охлаждению.и опускается на дно океана, обеспечивая непрерывную термохалинную циркуляцию. [11]

Следовательно, недавнее и популярное название термохалинной циркуляции, подчеркивающее вертикальный характер и полюсный характер этого вида океанской циркуляции, - это меридиональная опрокидывающаяся циркуляция .

Количественная оценка [ править ]

Прямые оценки силы термохалинной циркуляции были сделаны на 26,5 ° с.ш. в Северной Атлантике с 2004 года в рамках британо-американской программы RAPID. [12] Комбинируя прямые оценки океанического переноса с использованием измерителей тока и измерений с подводного кабеля с оценками геострофического течения по измерениям температуры и солености, программа RAPID обеспечивает непрерывные, всесторонние оценки термохалинной циркуляции в масштабе всего бассейна или, точнее, меридиональная опрокидывающаяся циркуляция.

Глубинные водные массы, которые участвуют в МОЦ, имеют химические, температурные и изотопные сигнатуры, и их можно проследить, рассчитать их расход и определить их возраст. Сюда входит соотношение 231 Па / 230 Th .

Гольфстрим [ править ]

Карта Гольфстрима Бенджамина Франклина

Гольфстрим вместе со своим северным расширением в стороне Европы, Североатлантический Дрейф , является мощным, теплым и быстрой Атлантикой океаническим , что берет свое начало на кончике Флориды , и следует восточным береговым линии Соединенных Штатов и Ньюфаундленд до повторного пересечения Атлантический океан. Процесс усиления на западе приводит к тому, что Гольфстрим становится ускоряющимся на север течением у восточного побережья Северной Америки . [13] Около 40 ° 0′N 30 ° 0′W / 40.000 ° с.ш. 30.000 ° з.д. / 40.000; -30,000 он разделяется на две части, и северный поток пересекает северную Европу.и южный поток, рециркулирующий у берегов Западной Африки . Гольфстрим влияет на климат восточного побережья Северной Америки от Флориды до Ньюфаундленда и западного побережья Европы . Хотя было Недавние дебаты, существует консенсус о том , что климат Западной Европы и Северной Европы теплее , чем было бы в противном случае быть связано с дрейфом Североатлантическом , [14] [15] одна из ветвей от хвоста Гольфстрима . Это часть Североатлантического круговорота . Его присутствие привело к развитию сильных циклонов всех типов, как в атмосфере, так и в атмосфере.океан . Гольфстрим также является значительным потенциальным источником возобновляемой энергии . [16] [17]

Апвеллинг [ править ]

Все эти плотные водные массы, опускающиеся в океанические бассейны, вытесняют более старые глубоководные массы, которые стали менее плотными в результате перемешивания океанов. Для поддержания баланса вода должна подниматься в другом месте. Однако из-за того, что этот термохалинный апвеллинг настолько распространен и размыт, его скорость очень мала даже по сравнению с движением придонных водных масс. Поэтому трудно измерить, где происходит апвеллинг, используя текущие скорости, учитывая все другие ветровые процессы, происходящие на поверхности океана. Глубокие воды имеют свою собственную химическую подпись, образовавшуюся в результате разложения твердых частиц, попадающих в них в ходе их долгого путешествия на глубину. Ряд ученых пытались использовать эти индикаторы, чтобы определить, где происходит апвеллинг.

Уоллес Брокер , используя боксовые модели, утверждал, что основная часть глубокого апвеллинга происходит в северной части Тихого океана, используя в качестве доказательства высокие количества кремния, обнаруженные в этих водах. Другие следователи не нашли столь убедительных доказательств. Компьютерные модели циркуляции океана все чаще помещают большую часть глубокого апвеллинга в Южном океане [18], связанного с сильными ветрами в открытых широтах между Южной Америкой и Антарктидой. Хотя эта картина согласуется с глобальным синтезом наблюдений Уильяма Шмитца в Вудс-Хоуле и с низкими наблюдаемыми значениями диффузии, не все результаты наблюдений согласуются. Недавние статьи Линн Талли из Института океанографии Скриппса и Бернадетт Слоян и Стивен Ринтул из Австралии предполагают, что значительное количество плотной глубоководной воды должно быть преобразовано в легкую воду где-то к северу от Южного океана.

Воздействие на глобальный климат [ править ]

Термохалинная циркуляция играет важную роль в обеспечении теплом полярных регионов и, таким образом, в регулировании количества морского льда в этих регионах, хотя перенос тепла за пределы тропиков к полюсам в атмосфере значительно больше, чем в океане. [19] Считается, что изменения в термохалинной циркуляции оказывают значительное влияние на радиационный баланс Земли .

Считается, что большие притоки талой воды с низкой плотностью из озера Агассис и дегляциация в Северной Америке привели к смещению глубоководных образований и проседанию в крайней Северной Атлантике и стали причиной климатического периода в Европе, известного как молодой дриас . [20]

Прекращение термохалинной циркуляции [ править ]

Спад AMOC ( атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции ) был связан с экстремальным повышением уровня моря в регионе . [21]

В 2013 году неожиданное значительное ослабление THC привело к одному из самых тихих сезонов ураганов в Атлантике, наблюдаемых с 1994 года . Основная причина бездействия была вызвана продолжением весеннего режима в Атлантическом бассейне.

См. Также [ править ]

  • Атлантическое многодекадное колебание  - климатический цикл, который влияет на температуру поверхности Северной Атлантики.
  • Изменение климата  - Текущее повышение средней температуры Земли и его последствия
  • Контурит  - тип осадочного месторождения
  • Опускание  - процесс накопления и опускания материала с более высокой плотностью под материалом с более низкой плотностью.
  • Галотермальная циркуляция  - часть крупномасштабной циркуляции океана, которая вызвана глобальными градиентами плотности, создаваемыми поверхностным теплом и испарением.
  • Гидротермальная циркуляция  - Циркуляция воды за счет теплообмена
  • Прекращение термохалинной циркуляции  - влияние глобального потепления на большую циркуляцию океана.
  • Апвеллинг  - замена глубокой водой, движущейся вверх, поверхностных вод, переносимых ветром в море.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Rahmstorf, S (2003). «Концепция термохалинной циркуляции» (PDF) . Природа . 421 (6924): 699. Bibcode : 2003Natur.421..699R . DOI : 10.1038 / 421699a . PMID  12610602 . S2CID  4414604 .
  2. Перейти ↑ Lappo, SS (1984). «По причине адвекции тепла на север через экватор в южной части Тихого океана и Атлантического океана». Исследование процессов взаимодействия океана и атмосферы . Московское управление Гидрометеоиздата (на мандаринском языке): 125–9.
  3. ^ Мировая конвейерная лента океана - это постоянно движущаяся система глубоководной циркуляции океана, управляемая температурой и соленостью; Что такое конвейерная лента мирового океана?
  4. ^ Примо, F (2005). «Описание переноса между поверхностным смешанным слоем и внутренней частью океана с помощью прямой и смежной модели глобального переноса в океане» (PDF) . Журнал физической океанографии . 35 (4): 545–64. Bibcode : 2005JPO .... 35..545P . DOI : 10.1175 / JPO2699.1 .
  5. ^ Wunsch, C (2002). «Что такое термохалинная циркуляция?». Наука . 298 (5596): 1179–81. DOI : 10.1126 / science.1079329 . PMID 12424356 . S2CID 129518576 .  
  6. ^ Виртки, K (1961). «Термохалинная циркуляция по отношению к общей циркуляции в Мировом океане». Глубоководные исследования . 8 (1): 39–64. Bibcode : 1961DSR ..... 8 ... 39W . DOI : 10.1016 / 0146-6313 (61) 90014-4 .
  7. ^ Шмидт, Г., 2005, Замедление Гольфстрима? , RealClimate
  8. Перейти ↑ Eden, Carsten (2012). Динамика океана . Springer. С.  177 . ISBN 978-3-642-23449-1.
  9. ^ Стоммел, H., & Arons, AB (1960). О глубинной циркуляции Мирового океана. - I. Стационарные планетарные схемы обтекания сферы. Deep Sea Research (1953), 6, 140-154.
  10. ^ Термохалинная Circulation - The Great Ocean Конвейерные ленты NASA Scientific Visualization студии , визуализации Грег Шира, 8 октября 2009 г. Эта статья включает в себя текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  11. ^ Программа ООН по окружающей среде / GRID-Arendal, 2006, [1] . Возможное влияние изменения климата
  12. ^ «БЫСТРЫЙ: мониторинг атлантического меридионального опрокидывания циркуляции на 26,5 с.ш. с 2004 года» .
  13. ^ Национальный экологический спутник, данные и информационная служба (2009). Исследование Гольфстрима. Архивировано 3 мая 2010 года на Wayback Machine . Университет штата Северная Каролина, последнее обращение 6 мая 2009 г.
  14. ^ Хеннесси (1858). Отчет годового собрания: О влиянии Гольфстрима на климат Ирландии . Ричард Тейлор и Уильям Фрэнсис . Проверено 6 января 2009 года .
  15. ^ "Спутники фиксируют ослабление воздействия течения в Северной Атлантике" . НАСА . Проверено 10 сентября 2008 года .
  16. ^ Институт экологических исследований и образования. Tidal.pdf Архивировано 11 октября 2010 года на Wayback Machine. Проверено 28 июля 2010 года.
  17. ^ Джереми Элтон Жако. Приливная энергия Гольфстрима может обеспечить до трети энергии Флориды. Получено 21 сентября 2008 г.
  18. ^ Маршалл, Джон; Спир, Кевин (26 февраля 2012 г.). «Прекращение меридиональной опрокидывающей циркуляции через апвеллинг Южного океана» . Природа Геонауки . 5 (3): 171–180. Bibcode : 2012NatGe ... 5..171M . DOI : 10.1038 / ngeo1391 .
  19. ^ Тренберт, К; Карон, Дж (2001). «Оценки меридионального переноса тепла в атмосфере и океане» . Журнал климата . 14 (16): 3433–43. Bibcode : 2001JCli ... 14.3433T . DOI : 10.1175 / 1520-0442 (2001) 014 <3433: EOMAAO> 2.0.CO; 2 .
  20. ^ Broecker, WS (2006). «Был ли младший дриас вызван наводнением?». Наука . 312 (5777): 1146–8. DOI : 10.1126 / science.1123253 . PMID 16728622 . S2CID 39544213 .  
  21. ^ Цзяньцзюнь Инь; Стивен Гриффис (25 марта 2015 г.). «Событие экстремального повышения уровня моря связано с спадом AMOC» . КЛИВАР.

Другие источники [ править ]

  • Апель, младший (1987). Принципы физики океана . Академическая пресса. ISBN 0-12-058866-8.
  • Gnanadesikan, A .; Р. Д. Слейтер; PS Swathi; Г.К. Валлис (2005). «Энергетика океанического переноса тепла». Журнал климата . 18 (14): 2604–16. Bibcode : 2005JCli ... 18.2604G . DOI : 10.1175 / JCLI3436.1 .
  • Кнаусс, JA (1996). Введение в физическую океанографию . Прентис Холл. ISBN 0-13-238155-9.
  • «Возможное влияние изменения климата» . Программа ООН по окружающей среде / ГРИД-Арендал. 2006 г.
  • Рамсторф, S (2006). «Термохалинная циркуляция океана» (PDF) . В Элиас, С.А. (ред.). Энциклопедия четвертичных наук . Elsevier Science. ISBN 0-444-52747-8.

Внешние ссылки [ править ]

  • Конвейерная лента океана
  • Проекты THOR FP7 http://arquivo.pt/wayback/20141126093524/http%3A//www.eu%2Dthor.eu/ исследуют тему "Опрокидывание термохалина - в опасности?" и предсказуемость изменений THC. THOR финансируется 7-й рамочной программой Европейской комиссии.