18,4: Океанська вода

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36639

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як всім відомо, морська вода солона. Це так, тому що річкова вода, яка впадає в океани, містить невелику кількість розчинених іонів, і здебільшого вода, яка виходить з океанів, - це чиста вода, яка випаровується з поверхні. Мільярди років невеликої кількості солі, що потрапляє в океан - і жодна з них не виходить (більшу частину часу) - зробила воду солоною. Солі океану (переважають натрій, хлор та сірка) (рис.\(\PageIndex{1}\)) Є, оскільки вони дуже розчинні і не споживаються біологічними процесами (більшість кальцію, наприклад, використовується організмами для виготовлення карбонатних мінералів). Якщо солі завжди йдуть в океан і ніколи не виходять, можна припустити, що океани постійно стають солонішими протягом геологічного часу. Насправді це, здається, не так. Існують геологічні докази того, що океани Землі рано стали солоними під час Археї, і що часом у минулому вони були принаймні наполовину такими ж солоними, як зараз. Це означає, що повинен існувати механізм видалення солі з океанів, і цим механізмом є ізоляція деяких частин океану в моря (наприклад, Середземне) та можливе випаровування цих морів для створення соляних пластів, які стають частиною кори. Утворення випарника середніх девонських прерій Саскачевану та Манітоби є хорошим прикладом цього.

\(\PageIndex{1}\)Малюнок Пропорції (за вагою) основних розчинених елементів в океанічній воді.

Середня солоність океанів становить 35 г солі на літр води, але є значні регіональні варіації цього значення, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Вода океану найменш солона (близько 31 г/л) в Північному Льодовитому, а також в декількох місцях, де протікають великі річки (наприклад, річки Ганг/Брахмапутра і Меконг в Південно-Східній Азії, а також річки Жовтий і Янцзи в Китаї). Вода океану найбільш солона (понад 37 г/л) в деяких обмежених морях в жарких сухих регіонах, таких як Середземне та Червоне моря. Ви можете бути здивовані, дізнавшись, що, незважаючи на деякі масивні річки, що впадають в нього (наприклад, Ніл і Дунай), вода не витікає з Середземного моря в Атлантику. У Середземноморському басейні відбувається стільки випаровування, що вода стікає в нього з Атлантики, через Гібралтарську протоку.

\(\PageIndex{2}\)Малюнок Розподіл солоності в океанах Землі і великих морях.

У відкритому океані солоність підвищена в нижчих широтах, оскільки саме тут відбувається найбільше випаровування. Найвища солоність припадає на субтропічні частини Атлантики, особливо на північ від екватора. Північна Атлантика набагато більш солона, ніж північна частина Тихого океану, оскільки течія Гольфстріму приносить величезну кількість солоної води з тропічної Атлантики та Карибського басейну в регіон навколо Великобританії, Ісландії та Скандинавії. Солоність в Норвезькому морі (між Норвегією та Ісландією) істотно вище, ніж в інших полярних районах.

Вправа 18.4 Сіль шматок

Наскільки солоне море? Якщо ви коли-небудь плавали в океані, ви, напевно, скуштували його. Щоб зрозуміти, наскільки солоне море, почніть з 250 мл води (1 склянка). У 1 л морської води 35 г солі, тому в 250 мл (1/4 літра) є 35/4 = 8,75 або ~ 9 г солі. Цього лише не вистачає 2 чайних ложок, так що було б досить близько, щоб додати 2 рівні чайні ложки солі в чашку води. Потім розмішуємо, поки не розчиниться. Є смак!

Звичайно, якщо ви використовували звичайну рафіновану кухонну сіль, то те, що ви додали, було майже чистим NaCl. Щоб отримати справжній смак морської води, ви хотіли б використовувати деякі випарені морської води сіль (вона ж морська сіль), яка містить кілька відсотків магнію, сірки та кальцію плюс деякі мікроелементи.

Див Додаток 3 для вправ 18.4 відповіді.

Ненесподівано океани найтепліші поблизу екватора - зазвичай від 25° до 30° C - і найхолодніші біля полюсів - близько 0° C (рис.\(\PageIndex{4}\)). (Морська вода залишатиметься незамерзлою приблизно до -2° C.) У південних канадських широтах середньорічна температура води знаходиться в діапазоні від 10° до 15° C на західному узбережжі та в діапазоні від 5° до 10° C на східному узбережжі. Варіації температур морської поверхні (SST) пов'язані з перерозподілом води океанічними течіями, як ми побачимо нижче. Хорошим прикладом цього є шлейф теплої води Гольфстріму, який простягається через північну Атлантику. Сент-Джонс, Ньюфаундленд та Бретань у Франції знаходяться приблизно на однаковій широті (47,5° н.ш.), але середній SST у Сент-Джонсі є холодним 3° C, тоді як у Бретані досить комфортно 15° C.

\(\PageIndex{4}\)Рисунок Глобальний розподіл середньорічних температур морської поверхні.

Течії у відкритому океані створюються вітром, що рухається по воді, і різницями щільності, пов'язаними з температурою і солоністю. Огляд основних океанічних течій наведено на малюнку\(\PageIndex{5}\). Як бачите, течії північної півкулі утворюють кругові візерунки (гіри), які обертаються за годинниковою стрілкою, тоді як південні півкулі - проти годинникової стрілки. Це відбувається з тієї ж причини, що вода у вашій раковині північної півкулі обертається за годинниковою стрілкою, коли вона стікає в стік; це викликано ефектом Коріоліса.

Малюнок\(\PageIndex{5}\) Огляд основних течій відкритого океану. Червоні стрілки зображують теплу воду, що рухається до більш холодних регіонів. Сині стрілки зображують холодну воду, що рухається до більш теплих регіонів Чорні стрілки представляють струми, які не передбачають значних перепадів температури.

Оскільки океанічні басейни не схожі на басейни для ванних кімнат, не всі океанічні течії поводяться так, як ми очікували. Наприклад, у північній частині Тихого океану основна течія тече за годинниковою стрілкою, але в районі, прилеглому до нашого узбережжя, є вторинна течія - Аляска течія - яка тече проти годинникової стрілки, приносячи відносно теплу воду з Каліфорнії, повз Орегон, Вашингтон та Британська Колумбія на Аляску. На східному узбережжі Канади холодна Лабрадорська течія протікає на південь повз Ньюфаундленд, приносячи потік айсбергів повз гавань в Сент-Джонс (рис.\(\PageIndex{7}\)). Ця течія допомагає відхилити Гольфстрім на північний схід, гарантуючи, що Ньюфаундленд залишається прохолодним, а західна Європа залишається теплою.

Малюнок\(\PageIndex{6}\) Айсберг, що пливе повз острова подвигів на течії Лабрадор

Вправа 18.5: Розуміння ефекту Коріоліса

Ефект Коріоліса стосується об'єктів, які рухаються по відношенню до інших об'єктів, які обертаються. Океанічна течія рухається по обертовій Землі, а його рух контролюється ефектом Коріоліса.

Уявіть, що ви стоїте на екваторі, дивлячись прямо на північ, і ви стріляєте з гармати в цьому напрямку. Куля в гарматі починає йти прямо на північ, але вона також має компонент руху на схід, який він отримує від обертання Землі, що становить 1670 кілометрів на годину на екваторі. Через сферичну форму Землі швидкість обертання від екватора не така швидка, як на екваторі (насправді швидкість обертання Землі становить 0 кілометрів на годину на полюсах), тому куля фактично простежує вигнутий за годинниковою стрілкою шлях по поверхні Землі, як показано червоною стрілкою на діаграма. У південній півкулі ефект Коріоліса проти годинникової стрілки (зелена стрілка).

Ефект Коріоліса надається обертанням океанських течій і тропічних штормів. Якби Земля була обертовим циліндром, замість сфери не було б ефекту Коріоліса.

Див Додаток 3 для вправ 18.5 відповіді.

\(\PageIndex{8}\)Малюнок Зображення вертикального руху води вздовж перерізу північ-південь через Атлантичний басейн.

Течії, показані на малюнку,\(\PageIndex{5}\) - це всі поверхневі течії, і вони включають лише верхні кілька сотень метрів океанів. Але під ним відбувається набагато більше. Гольфстрім, наприклад, теплий і солоний, протікає повз Британії та Ісландії в Норвезьке море (де воно стає Норвезьким течією). У міру охолодження він стає більш щільним, а через високу солоності, що також сприяє її щільності, починає опускатися під навколишньою водою (рис.\(\PageIndex{8}\)). У цей момент він відомий як Північноатлантична глибока вода (NADW), і вона тече на значну глибину в Атлантиці, коли прямує назад на південь. Тим часом, на південній крайній частині Атлантики дуже холодна вода, що прилягає до Антарктиди, також опускається на дно, щоб стати антарктичною донною водою (AABW), яка тече на північ, під NADW.

\(\PageIndex{9}\)Рисунок Термохалінна система циркуляції, також відома як Глобальний океанічний конвеєр.

Спуск щільного NADW - це лише одна частина глобальної системи циркуляції морської води, як на поверхні, так і на глибині, як показано на малюнку\(\PageIndex{9}\). Вода, яка занурюється в районах глибоководного утворення в Норвезькому морі і прилеглих до Антарктиди, рухається на глибині дуже повільно. Зрештою він з'являється в Індійському океані між Африкою та Індією, а також у Тихому океані, на північ від екватора.

Термохалінна циркуляція критично важлива для передачі тепла на Землі. Він приносить теплу воду з тропіків до полюсів, а холодну воду з полюсів до тропіків, тим самим утримуючи полярні регіони від занадто холодних, а тропічні регіони не стають занадто гарячими. Зниження швидкості термохалінної циркуляції призведе до більш холодних умов і посиленому утворенню морського льоду на полюсах. Це розпочне процес позитивного зворотного зв'язку, який може призвести до значного глобального охолодження. Є переконливі докази, які свідчать про те, що під час плейстоценового зледеніння відбулися серйозні зміни термохалінної циркуляції, що відповідають змінам клімату.

Описи зображень

Опис\(\PageIndex{5}\) зображення малюнка: Течії світового океану працюють разом, утворюючи ряд загальних закономірностей. Струми перетікають один в одного, утворюючи більші струми. Групи течій в північній півкулі протікають за годинниковою стрілкою. Сюди входять групи течій в північній частині Тихого океану і північній частині Атлантичного океану. Течії в південній півкулі протікають проти годинникової стрілки. Сюди входять групи течій в південній частині Тихого океану, Південній Атлантиці, Індійському океані. Течії, що протікають до екватора, холодніше, ніж навколишня вода. Течії, що стікають від екватора, тепліше навколишньої води. Течії нижче 60 ° Півдня протікають зі сходу на захід (або із заходу на схід) навколо Антарктиди. Течії вздовж екватора також тече зі сходу на захід (або з заходу на схід). Течії, що протікають зі сходу на захід (або із заходу на схід), мають таку ж температуру, як і навколишня вода. Для більш детального опису конкретних струмів зверніться до наступної таблиці, в якій описано 26 основних течій, включаючи їх розташування, напрямок течії і зв'язок з оточуючими течіями. Вони розташовані в алфавітному порядку. Або ви можете [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{5}\)].

Малюнок\(\PageIndex{6}\) таблиці: Опис основних течій океану і напрямок їх течії
Назва струму	Температура струму в порівнянні з навколишньою водою	Напрямок потоку	Відносини до довколишніх течій
Агульяс	Теплий струм	Течія Агульхаса протікає на південь від Аравійського півострова вниз по східному узбережжю Африки.	Течія Агульхаса приєднується до Мозамбікської течії, яка також тече на південь.
Аляска	Теплий струм	Течія Аляски протікає на північ до західного узбережжя Сполучених Штатів і Канади, перш ніж кружляти на захід, як тільки досягне Аляски.	Течія Аляски впадає в течію Ояшіо
Антарктичний циркумполярний	Відсутність різниці температур	Антарктичний циркумполярний перебіг тече на схід, щоб коло навколо Антарктиди.	Антарктичний циркумполярний протікає на схід над антарктичним субполярним, який тече на захід.
Антарктичний субполярний	Відсутність різниці температур	Антарктична субполярна течія протікає на захід уздовж узбережжя Антарктиди.	Антарктична субполярна течія протікає на захід нижче антарктичної циркумполярної течії, яка тече на схід.
Бенгела	Холодний струм	Бенгелская течія протікає на північ уздовж південно-західного узбережжя Африки.	Бенгельська течія впадає в Південно-Екваторіальну течію і живиться Південно-Атлантичним течією.
Бразилія	Теплий струм	Бразильська течія протікає на південь уздовж східного узбережжя Південної Америки.	Бразильська течія впадає в Південно-Атлантичну течію і живиться південною гілкою Південно-Екваторіального течії.
Каліфорнія	Холодний струм	Каліфорнійська течія тече на південь від південно-західного узбережжя США вниз вздовж західного узбережжя Мексики.	Каліфорнійська течія впадає в північно-екваторіальну течію і живиться північно-тихоокеанським течією.
Канарка	Холодний струм	Канарська течія протікає з півдня уздовж північно-західного узбережжя Африки від Марокко до Сенгала.	Канарське протягом впадає в Північно-Екваторіальну течію і живиться Північноатлантичним дрейфом.
Східно-Австралійський	Теплий струм	Східно-австралійські течії протікають з екватора і півдня, повз східного узбережжя Австралії. Один протікає між Новою Зеландією і Австралією, а інший протікає повз східну сторону Нової Зеландії.	Східно-Австралійські течії впадають в південно-тихоокеанську течію і їх живлять Південно-Екваторіальна течія.
Східна Гренландія	Холодний струм	Східно-Гренландська течія протікає на південь уздовж східного узбережжя Гренландії.	Східно-Гренландська течія впадає в Лабрадорское протягом.
Экваторіальний лічильник	Відсутність різниці температур.	Екваторіальний лічильник тече на схід вздовж екватора. Він розбитий на три ділянки: один в Тихому океані, один в Атлантичному океані і один в Індійському океані.	Екваторіальний лічильник тече на схід між Північно-Екваторіальним та Південно-Екваторіальним течіями, які обидва протікають на захід
Гольфстрім	Теплий струм	Гольфстрім тече на північ від Карибського басейну вздовж східного узбережжя США.	Гольфстрім впадає в Північно-Атлантичний дрейф течії і живиться Північно-Екваторіальним течією.
Курошіо	Теплий струм	Течія Курошіо протікає на північ уздовж східного узбережжя Філіппін і Японії.	Течія Курошіо впадає в північно-тихоокеанську течію і живиться Північно-Екваторіальним течією.
Лабрадор	Холодний струм	Лабрадорська течія протікає на південь уздовж східного узбережжя Канади на північ США.	Лабрадорська течія частково живиться східно-гренландським течією. Як тільки він досягає північної частини Сполучених Штатів, він протікає повз Гольфстрім.
Мозамбік	Теплий струм	Мозамбікська течія протікає на південь уздовж східного узбережжя Мадагаскару і в Південний океан.	Мозамбікська течія впадає в південно-індійську течію і живиться Південно-Екваторіальним течією.
Північно-Атлантичний дрейф	Відсутність різниці температур	Північно-Атлантичний дрейф тече на схід через Атлантичний океан від північного узбережжя США до південного узбережжя Іспанії.	Північноатлантичний дрейф течії розщеплюється, щоб перетікати на північ у норвезьку течію і впасти на південь в Канарське Харчується він Гольфстрімом.
Північна Екваторіальна	Відсутність різниці температур.	Північно-Екваторіальна течія протікає на захід трохи вище екватора. Він розбитий на три ділянки: один в Тихому океані, один в Атлантичному океані і один в Індійському океані.	Північно-Екваторіальна течія в Тихому океані впадає в течію Курошіо і живиться Каліфорнійським течією. Північно-Екваторіальна течія в Атлантичному океані впадає в Гольфстрім і живиться Канарським течією. Північно-Екваторіальна течія в Індійському океані перетворюється на Африку, щоб приєднатися до Екваторіального лічильника
Північна частина Тихого океану	Відсутність різниці температур	Північно-Тихоокеанська течія протікає на захід через Тихий океан від Японії до південного узбережжя США.	Північно-Тихоокеанська течія впадає в каліфорнійську течію і живиться течією Курошіо.
норвезька	Теплий струм	Норвезька течія протікає на північ від північного узбережжя Сполученого Королівства до уздовж узбережжя Норвегії.	Ця течія живиться північною гілкою Північноатлантичного дрейфу течії і впадає в Північний Льодовитий океан.
Ояшіо	Холодний струм	Течія Ояшіо протікає на південь уздовж східного узбережжя Росії.	Течія Оясіо зіткнення з течією Курошіо, яка впадає на північ у північно-тихоокеанську течію.
Перу	Холодний струм	Течія Перу протікає на північ вздовж центрально-західного узбережжя Південної Америки.	Течія Перу впадає в Південно-Екваторіальну течію і живиться південно-тихоокеанським течією.
Південна Атлантика	Відсутність різниці температур	Південноатлантична течія тече з південного краю Південної Америки до південної частини Африки.	Південноатлантична течія впадає в течію Бенгела і живиться Бразильською течією.
Південна Екваторіальна	Відсутність різниці температур	Південно-Екваторіальна течія протікає на захід трохи нижче екватора. Він розбитий на три ділянки: один в Тихому океані, один в Атлантичному океані і один в Індійському океані.	Південно-Екваторіальна течія в Тихому океані впадає в Східно-Австралійські течії і живиться течією Перу. Південно-Екваторіальна течія в Атлантичному океані протікає на північ і південь: північ вздовж північно-східного узбережжя Південної Америки і на південь в Бразильську течію. Він живиться струмом Бенгела. Південно-Екваторіальна течія в Індійському океані впадає в Мозамбікську течію і живиться Західно-Австралійським течією.
Південно-індійський	Відсутність різниці температур	Південно-Індійська течія тече з південної частини Індійського океану в бік південно-західного узбережжя Австралії.	Південно-Індійська течія впадає в Західно-Австралійську течію і живиться Мозамбікською течією.
Південна частина Тихого океану	Відсутність різниці температур	Південно-Тихоокеанська течія протікає на схід від південно-східного узбережжя Австралії до південно-західного узбережжя Південної Америки.	Південно-Тихоокеанська течія впадає в течію Перу і живиться східно-австралійським течією.
Західно-Австралійська течія	Холодний струм	Західно-Австралійська течія протікає на північ уздовж західного узбережжя Австралії.	Західно-Австралійська течія впадає в Південно-Екваторіальну течію і живиться південно-індійською течією.

[Повернутися до малюнка\(\PageIndex{5}\)]

Атрибуції ЗМІ

Ілюстрація\(\PageIndex{5}\): «Коррієнтес Океаніка» доктора Міхаеля Підвірні. Публічне надбання.
Малюнок\(\PageIndex{9}\): «Термохалінна циркуляція» НАСА. Публічне надбання.